Biochemical analysis of Arabidopsis thaliana IQ67-Domain Protein 1 and related proteins

Abstract

Reverse genetische Analysen zeigten, dass IQDs höchstwahrscheinlich bei der Regulation der Zellform involviert sind und damit auch die Organ- bzw. Pflanzengestalt beeinflussen. Obwohl die IQD-Genfamilie in verschiedenen Pflanzengattungen untersucht wurde, ist über die biologische Rolle und über die molekulare Funktion wenig bekannt. Diese Arbeit zeigt, dass IQD1 und generell IQD-Proteine unabhängig vom Ca2+-Status mit CaM interagieren können. Es wird weiterhin gezeigt, dass IQD-Proteine direkt mit KLCRs und mit MT in vitro interagieren sowie KLCRs und CaM gleichzeitig an MT in planta rekrutieren können. Erste Hinweise zeigen, dass KLCR-Proteine mit Ca2+-CaM interagieren und IQD-abhängig zu Apo-CaM rekrutiert werden können. In vitro und in planta Ansätze deuten darauf hin, dass IQD- und KLCR-Proteine durch Mitogen activated Protein Kinases (MPK) phosphoryliert werden und das die Lokalisation von IQD1 durch diese Phosphorylierungen reguliert wird. Zusammengefasst unterstützen die Ergebnisse dieser Arbeit die Hypothese, dass IQD-Proteine als Gerüstproteine fungieren, indem sie die CaM-vermittelte Ca2+ Signalweitergabe an spezifischen Stellen der Zelle verankern und somit eine schnelle und lokale molekulare Antwort zu ermöglichen.

Reverse genetic analysis revealed that IQDs most likely are involved in regulating cell shape and therefore influence organ morphology. Although studied in many organisms little is known about their biological role or molecular function. This study shows that IQD1 and IQD proteins in general interact with Ca2+- and Apo-CaM. We further provide evidence that IQD proteins directly interact with KLCR proteins as well as with MTs in vitro and can recruit KLCRs and CaM to the MTs simultaneously in planta. We found that KLCR proteins are Ca2+-CaM binding proteins and are recruited to Apo-CaM in an IQD dependent fashion. In vitro and in planta experiments reveal that IQD and KLCR proteins are targets of Mitogen Activated Protein Kinases (MPK) and that the localization of IQD1 might be regulated by MPK derived phosphorylation. Collectively this study supports the hypothesis that IQD proteins act as scaffolding proteins mediating CaM dependent Ca2+ signaling at specific sites at the cell the ensure a fast and local response.