FUNKCIONÁLIS SEJTBIOLÓGIA

A kutatás rövid ismertetése

A növényi test felépítését alapvetően meghatározza a növényi egyedfejlődés során a sejtek osztódásának, alakjának, növekedésének irányultsága. A növények apikális-bazális polaritása már az egy-sejtes zigótában kialakul és ez határozza meg a szervezet fő tengelyét, ami a későbbiekben az egyedfejlődési/szervdifferenciálódási mintázat alapjául szolgál. A sejtek növekedési irányát a legtöbb élőlényben hasonló molekuláris folyamatok szabályozzák. Ennek a szabályozásnak a középpontjában minden eukarióta élőlényben, így a növényekben is, a Rho-típusú GTP-kötő fehérjék állnak. A növényi Rho-típusú (ROP) GTPázok szerepét a növényi sejtek poláris növekedésének szabályozásában már számos kísérleti rendszerben igazolták, de a kapcsolódó jelátvitali hálózatokról az ismereteink még nagyon hiányosak. Azt azonban már tudjuk, hogy ezek a mechanizmusok eltérnek azoktól melyeket az állatok illetve az élesztő Rho GTPázok esetében leírtak. Ezzel kapcsolatban laboratóriumunkban már korábban kimutattuk, hogy a RLCKVI_A csoportba tartozó növényspecifikus kinázok potenciális ROP effektorok. Ezek a kinázok állnak jelenleg a viszgálataink középpontjában, mivel megfigyeléseink szerint szinte az összes ROP GTP-áz függő jelátviteli útban szerepet játszhatnak. Azonban a vizsgálatokat kiterjesztettük a ROP GTPázokat szabályozó kinázokra is. Mutáns és transzgenikus növények, élesztő és in vitro szűrési technikák, tranziens génkifejeződési vizsgálatok, konfokális mikroszkópia és in silico adatfeldolgozás segítségével szerzett biokémiai, szerkezeti, sejtbiológiai és funkcionális információk összegyüjtésén keresztül tárjuk fel a ROP GTPáz-kapcsolt kinázok szerepét a sejtpolaritás szabályozásában a növényi morfogenezis során, gomba fertőzött sejtekben és in vitro növekedő pollencsövekben.

A kutatás fő kérdései

Élesztő és állati sejtekben számos Rho-aktivált kináz (PAK) létezik, míg növényekből ezek a típusú kinázok hiányoznak. Az állati Rho GTPázok kapcsolódása a receptor tirozin kinázokhoz RhoGEF feherjéken keresztül szintén jól ismert. Ugyanakkor a növények speciális, egyedi Rho-típusú GTPázokkal (ROP), receptor kinázokkal (RLK), RopGEF fehérjékkel (PRONE) és ROP-effektor kinázokkal (RLCKVI_A) rendelkeznek. Arról, hogy ezek a növényspecifikus fehérjék milyen jelátviteli kapcsolatban állnak egymással, még alig vannak adataink. Előzetes eredményeink alapján feltételezzük, hogy a fenti fehérjék bonyolult kapcsolatban állnak egymással és együttesen fontos szerepet játszanak különböző folyamatok ROP GTPázok általi szabályozásában. Ezt a hipotézis kívánjuk igazolni változatos kísérleti megközelítéseket felhasználva. Ezen túl, külföldi partnerünkkel, Ralph Hückelhovennel (Müncheni Műszaki Egyetem), együttesen kívánjuk igazolni azt a feltételezést, hogy a kompatibilis biotróf gomba kórokozók a növényi sejtek polaritást szabályozó mechanizmusát használják a sejtekbe való behatolásra. Az a célunk, hogy összehasonlítsuk a ROP- illetve kináz-függő lépéseket a sejtek poláris növekedése (pollen cső) és a gomba kórokozók növénybe hatolása során, azon túl, hogy feltárjuk a ROP-kapcsolt kinázok általános szerepét a növényi egyedfejlődésben.

A kutatás jelentősége

A megszerzett információk alapján egy általános növényi jelátviteli modelt hozhatunk létre (receptortól a ROP effektorig), mely alapul szolgálhat a jelátviteli mechanizmusok evoluciós összehasonlításához illetve olyan alapvető folyamatok megismeréséhez, mint a poláris sejt növekedés, sejtmegnyúlás, növényi morfogenezis valamint a stressz és hormonális válaszreakciók. Ezek az alapvető tudományos ismeretek hosszútávon elvezethetnek olyan molekuláris markerek és technológiák feltárásához, melyek lehetővé teszik a növények alakjának, fejlődésének a megváltoztatását. A kutatások további potenciális jelentőségét az adja, hogy a sejtpolaritást szabályozó mechanizmusok részt vesznek a gombakórokozókkal szembeni érzékenység kialkulásában is. A gomba kórokozó a növényi sejtnek a poláris növekedésre való képességét használja arra, hogy az ép növényi sejtbe behatoljon annélkül, hogy a sejtmembránt károsítaná. Ezért a sejtpolaritás szabályozásának ismerete új lehetőséget adhat számunkra a kórokozókkal szembeni védekezésre, amellett, hogy jelentős ismeretekkel gyarapítja a növények fejlődéséről kialakított képünket.