Die Plasmamembran lebender Zellen stellt die Hauptbarriere für alle Arten von
extrazellulären Signalen dar. Viele davon werden ins Innere der Zelle weitergeleitet, hier
lösen sie im Kern transkiptionelle Veränderungen und damit die Anpassung der Zelle auf
Proteinebene aus. Andere wiederum werden direkt erkannt und in unmittelbare molekulare
Antworten umgewandelt, wie zum Beispiel die Sekretion von gespeicherten Stoffen oder
Konformations-änderungen von Proteinen. Besonders in Pflanzen, welche durch ihre
sesshafte Lebensweise auf die rechtzeitige und spezifische Erkennung von
Umweltveränderungen angewiesen sind, hat sich ein höchst diverses Rezeptorsystem
entwickelt. In der Ackerschmalwand Arabidopsis thaliana, der in dieser Arbeit
verwendeten Modellpflanze, wurden 610 verschiedene Rezeptorproteine identifiziert,
welche wiederum von zahlreichen interagierenden, und bis jetzt weitestgehend
unerforschten Proteinen reguliert werden. Als entscheidendes Prinzip, dieses Aufgebot an
membran-gebundenen Komponenten von Signalkaskaden zu organisieren, gilt inzwischen
die zeitliche und lokale Kompartimentierung der Plasmamembran. Durch Akkumulation
relevanter Bestandteile von biologischen Prozessen in sogenannten Membrandomänen
werden kurze Reaktionszeiten und die unmittelbare Signalweiterleitung garantiert.
Besonders wichtig bei solchen Prozessen sind sogenannte Gerüstproteine, welche als
Adaptoren zwischen anderen Komponenten fungieren.
In dieser Arbeit wurden Remorine, eine Familie pflanzenspezifische Proteinen ohne bisher
definierte Funktion, aufgrund ihrer Eigenschaft Membrandomänen zu markieren und ihrer
mutmaßlichen Beteiligung an Pflanzen-Pathogen-Interaktionen, genauer untersucht.
Eine systematische Expression von Remorinen als Fluorophor-Fusionen mit anschließender
hochauflösender mikroskopischer und quantitativer Untersuchung offenbarte, dass die
meisten Remorine sich in deutlich unterschiedlichen Mustern an der Membran verteilen.
Untersucht wurden dabei Parameter wie die Größe der erkennbaren Domänen, die Form,
die Helligkeit, aus welcher auf die Proteinkonzentration rückgeschlossen werden kann,
sowie die Domänendichte an der Membran. Diese Ergebnisse wurden von
Kolokalisationsanalysen unterstützt, welche die Lokalisation in unterschiedlichen,
koexistierenden Membrankompartimenten erkennen ließen. Ferner wurden die
Eigenschaften der von Remorinen markierten Membrandomänen, wie zum Beispiel der
Austausch an Proteinen mit der umgebenden Membran, sowie lokale und zeitliche
Dynamik und Stabilität untersucht. Dabei konnte eine hohe Fluktuation einzelner Proteine
zwischen Domäne und umliegender Membran, jedoch eine klare laterale Immobilität der gesamten Domäne nachgewiesen werden. Zusätzlich zeichneten sich die untersuchten Domänen teilweise durch eine außerordentlich große zeitliche Stabilität aus, andere
wiederum scheinen abhängig von bestimmten Stimuli zu entstehen.
Weitergehende Arbeiten dienten der Identifizierung der Funktion einzelner Bereiche der
Proteine. Hierbei konnte die entscheidende Rolle des äußersten C-terminalen Bereichs, des
so- genannten RemCAs (Perraki et al., 2012; Konrad et al., 2014) als Membrananker
bestätigt werden. Zusätzlich wurden mit Hilfe eines Hefe-2-Hybrid Ansatzes zahlreiche
neue Interaktoren für eine Auswahl von Remorinen identifiziert. Dabei wurde ein
essentieller Rezeptor der basalen Immunantwort, BAK1 als Interaktor für Remorin 6.4
gefunden.
Zuletzt wurden einige wenige Remorine mit Hilfe von Mutantenlinien in einer genetischen
Studie phänotypischen Analysen bezüglich ihrer Funktion bei Pflanzen-Pathogen
Interaktionen unterzogen. Remorin 6.4 spielt hiernach eine Rolle bei der Immunantwort
nach Befall mit virulenten Bakterien.
Die grundlegende Erkenntnis, dass in lebenden Zellen zahlreiche klar unterscheidbare
Arten an Membrandomänen koexistieren, ist ein Meilenstein auf dem Weg zur
Anerkennung einer neuen Vorstellung vom Aufbau der Zytoplasmamembran. Diese wird häufig noch als undifferenzierte zweidimensionale Flüssigkeit beschrieben, in welcher
stellenweise sogenannte Lipidflöße, festere Strukturen aus Cholesterin und Sphingolipiden,
die auch bestimmte Proteine beherbergen können, auftreten. Anhand der in dieser Arbeit
gewonnen Ergebnisse, sowie ähnlicher Studien in Hefe lässt sich nun folgendes Bild
zeichnen: Es ist davon auszugehen, dass unterschiedliche Proteine, welche im selben
biologischen Prozess involviert sind, in unmittelbarer Nachbarschaft oder sogar im selben
Proteinkomplex in der Membran organisiert sind. Die Lipidzusammensetzung in der
unmittelbaren Umgebung wird von diesen Proteinen bestimmt, bietet jedoch auch die
Grundlage für die Bildung der Domäne, indem sie die Lokalisation der Komponenten in
diesem Bereich fördert. Die zahlreichen an der Zellmembran gleichzeitig ablaufenden,
unterschiedlichen Prozesse erfordern eine hochkomplexe, zeitlich und räumlich stark
regulierte Kompartimentierung der Membran. Es kann vermutet werden, dass Remorine
eine Rolle als Gerüstproteine bei der Ausbildung einer Auswahl dieser Domänen bilden. Im
Fall von Remorin 6.4 ist das Protein für den Prozess der Flagellin-Erkennung und die
unmittelbaren Abwehrantworten, welche nachweislich eine Präformierung der beteiligten
Proteinkomplexe voraussetzen, notwendig.
