Altes Rätsel um die Proteinverteilung in Pflanzenzellen gelöst

Es war lange ein ungelöstes Rätsel, wie Lipide in der Membran von Pflanzenzellen mit Proteinen interagieren, um den ersten Schritt des Proteintransports am Endoplasmatischen Retikulum (ER) zu organisieren. Das Forschungsteam der Ruhr-Universität Bochum um Prof. Dr. Christopher Grefen hat nun herausgefunden, dass ein spezieller Lipid-Schalter Proteine gezielt zum ER leitet – dem Tor zum Sekretionsweg der Zelle.

Proteine müssen in die Membran

Proteine mit einer Verankerungssequenz müssen zunächst in die Membran des Endoplasmatischen Retikulums (ER) eingebettet werden, um ihre Aufgaben in der Zelle ausführen zu können. Bei Pflanzen wird dieser entscheidende Schritt vom sogenannten Guided Entry of Tail-Anchored Proteins (GET)-Weg übernommen. Bislang war jedoch unbekannt, wie die zugehörigen GET-Rezeptoren reguliert werden.

Die Rolle des Lipid-Schalters

Das Forschungsteam konnte nun aufklären, dass das Lipid Phosphatidylinositol-4-phosphat (PI4P) – welches im ER normalerweise nur in geringen Mengen vorhanden ist – als vorübergehender Rekrutierer agiert. Dieses Lipid zieht die beiden GET-Rezeptoren, die als AtGET1 und AtGET2 bekannt sind, in die unmittelbare Nähe der ER-Membran. „Diese frühe Clusterbildung ist entscheidend, wird jedoch erst funktionsfähig, nachdem das Enzym RHD4 eine Phosphatgruppe aus PI4P entfernt und es in Phosphatidylinositol (PI) umgewandelt hat“, erläutert Christopher Grefen. Dieser Schritt bindet AtGET1 und AtGET2 in einem stabilen Komplex. Dadurch wird die ordnungsgemäße Einfügung von Tail-Anchor-Proteinen sichergestellt und das Wachstum der Wurzelhaare in Pflanzen unterstützt

Ein molekularer Magnet

„PI4P wirkt wie ein molekularer Magnet, der AtGET1 und AtGET2 zusammenbringt, und RHD4 bindet sie dann in einer stabilen Partnerschaft“, sagte Dr. Lei Zhang, Erstautor und Mitautor der Studie. „Dieses PI4P-Phosphatase-Modul offenbart ein neues Prinzip, wie Zellen den Proteintransport mit der Membranzusammensetzung koordinieren.“
Die Forschungsergebnisse betonen die dynamische Wechselwirkung zwischen Lipiden und Proteinen bei der Organisation von Zellmembranen. Über die Pflanzenbiologie hinaus legen die Entdeckungen nahe, dass dieser identifizierte Phosphoinositid-Schalter möglicherweise einen allgemeinen Mechanismus darstellt, über den Zellen den Proteintransport regulieren.

Quelle

Ruhr Universität Bochum (10/2025)