Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Schnappschuss aus der Zentrale des pflanzlichen Immunsystems

11.12.2013
Die molekulare Architektur von drei Schlüsselproteinen und ihren Komplexen zeigt, wie Pflanzen die Abwehr von Krankheitserregern dirigieren

Pflanzen werden in ihrer natürlichen Umgebung nur selten krank. Droht eine Infektion, wird schnell über die nötigen Gegenmaßnahmen entschieden. Die Weichen stellt ein Protein, das zu diesem Zweck Komplexe mit seinen Partnerproteinen bildet.


Planzenzellen im Kampf gegen mikrobielle Krankheitserreger: Heterodimere Proteinkomplexe aus EDS1 (blau) sowie SAG101 (grün) oder PAD4 (braun) steuern, welche Zellen am Infektionsherd geopfert werden und welche gegen eine Ausbreitung des Pathogens immunisiert werden.

© MPI f. Pflanzenzüchtungsforschung/Stephan Wagner

Jane Parker vom Max-Planck-Institut für Pflanzenzüchtungsforschung in Köln und Karsten Niefind vom Institut für Biochemie der Universität Köln haben mit ihren Mitarbeitern die dreidimensionale Struktur eines solchen Komplexes ermittelt. Mit diesen Nahaufnahmen wird man die pflanzliche Immunabwehr bald besser verstehen können.

Pflanzen setzen sich - wie andere Lebewesen auch - gegen Krankheitserreger zur Wehr. Weil diese Immunreaktionen aber mit erheblichem Stress verbunden sind, entscheiden die infizierten Zellen sehr genau, was tatsächlich nötig ist. Dafür verwenden sie mehrere Verteidigungslinien. Jede vom Krankheitserreger eroberte Verteidigungslinie zwingt die infizierten Zellen zu größeren Anstrengungen bei der Immunabwehr. Am Infektionsort setzen sie auf eine radikale Lösung und schicken die infizierte Zelle in den programmierten Zelltod, den sie allerdings genau kontrollieren müssen. Über eine Änderung des genetischen Programms wird der Rest der Pflanze gewarnt, so dass er sich auf einen möglichen Angriff vorbereiten kann.

Eine Verteidigungslinie ist die sogenannte „Effektor getriggerte Immunität“. Bei dieser Stufe erkennen pflanzliche Immunrezeptoren die spezifischen Virulenzfaktoren eines hochangepassten Krankheitserregers. Was danach geschieht, hängt davon ab, welche Komplexe das mobile, im Zellkern und im Zytoplasma vorhandene Protein EDS1 mit seinen Partnerproteinen PAD4 und SAG101 bildet. EDS1 stellt die Weichen bei der Organisation der Immunabwehr, indem es sich mit seinen Partnern zu verschiedenen Zweierkomplexen - sogenannten Heterodimeren - zusammenfindet. Je nach Art des Komplexes variiert die Immunantwort. Strukturell gesehen sind die drei Eiweiße ähnlich. Die Vielfalt entsteht durch die Komplexbildung, die genau abgestimmte Reaktionen möglich macht. „Wir wollen wissen, wie die Dynamik bei der Übermittelung der Resistenzsignale funktioniert, wie über bestimmte Resistenzleistungen entschieden wird und wie die verschiedenen Stoffwechselwege zur Stressbewältigung miteinander kommunizieren“, sagt Jane Parker über ihr Interesse an den drei Proteinen.

Karsten Niefind und Stephan Wagner von der Universität Köln haben zusammen mit Jane Parker und Johannes Stuttmann vom Max-Planck-Institut für Pflanzenzüchtungsforschung sowie weiteren Kollegen die atomare Struktur des EDS1-SAG101 Komplexes durch Röntgenstrukturanalyse ermittelt und aus dieser dreidimensionalen Struktur ein Modell für den EDS1-PAD4 Komplex abgeleitet. Alle drei Eiweiße besitzen an ihrem N-terminalen Ende eine Domäne mit einer sogenannten α/β-Hydrolasefaltung. Diese Faltung ist eine der erfolgreichsten Architekturen in der Proteinevolution. Sie kommt in ähnlicher Form auch in fettspaltenden Lipasen und diversen anderen Enzymen vor. „Wir wollten natürlich wissen, ob EDS1 alleine oder im heterodimeren Komplex eine Lipase-Aktivität hat und ob EDS1 diese Lipase-Aktivität für seine Funktionen braucht“, sagt Parker. „Die überraschende Antwort der Struktur lautet nein, denn das potenzielle aktive Zentrum wird vollständig durch eine Art Deckel abgeschirmt. Auch im Reagenzglas konnten wir keinerlei Lipase-Aktivität entdecken.“ Mehr noch: Parker und ihre Kollegen haben gezeigt, dass Arabidopsis-Pflanzen, in denen das vermeintliche katalytische Zentrum von EDS1 und PAD4 durch Mutationen zerstört worden ist, trotzdem genauso resistent gegenüber bestimmten Krankheitserregern sind wie der Wildtyp.

Wie meistert nun EDS1 seine Aufgabe, wenn nicht über die katalytische Aktivität? Hier gibt die Röntgenstruktur des EDS1/SAG101-Komplexes einen wertvollen Fingerzeig. EDS1 besitzt in seiner N-terminalen Domäne eine auffällige Ausstülpung, die sich wie ein Anker in eine passende Mulde von SAG101 legt. Auch PAD4 ist mit dieser Mulde ausgestattet und kann die entsprechende Ausstülpung von EDS1 beherbergen. Die Kölner Wissenschaftler haben diese Regionen nun gezielt mutiert und dadurch gezeigt, dass die zentrale Aufgabe der Lipase-ähnlichen Domäne in der Bereitstellung dieser Kontaktflächen besteht. Erst durch das Zusammengehen von Mulde und Ausstülpung werden die wichtigen C-terminalen Domänen der beiden Komplexpartner in räumliche Nähe gebracht, so dass ein neues funktionelles Modul entstehen kann. Ohne Lipase-ähnliche Domäne also keine stabilen Komplexe, ohne heterodimerisierte C-terminale Domäne keine Immunantwort!

Wie es nach der Bildung der Heterodimere in der Zelle weitergeht, wird derzeit intensiv untersucht. Niefind dazu: „Die Röntgenstruktur hat uns nicht nur den Mecha­nismus der Heterodimerisierung in der EDS1-Proteinfamilie offenbart. Sie zeigt uns auch markante Oberflächen und Bindungstaschen, die nur in den Dimeren existieren und die der Schlüssel für ein umfassendes Verständnis pflanzlicher Pathogenabwehr sein werden.“

Ansprechpartner
Apl. Professor Dr. Jane Parker
Max-Planck-Institut für Pflanzenzüchtungsforschung, Köln
Telefon: +49 221 5062-303
E-Mail: parker@mpipz.mpg.de
Apl. Prof. Dr. Karsten Niefind
Max-Planck-Institut für Pflanzenzüchtungsforschung, Köln
Telefon: +49 221 470-6444
E-Mail: karsten.niefind@uni-koeln.de
Originalpublikation
Stephan Wagner et al.
Structural basis for signaling by exclusive EDS1 heteromeric complexes with SAG101 or PAD4 in plant innate immunity

Cell Host Microbe: Doi:10.1016/j.chom.2013.11.006

Apl. Professor Dr. Jane Parker | Max-Planck-Institut
Weitere Informationen:
http://www.mpg.de/7652194/proteinkomplexe_immunsystem

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Geckos kommunizieren überraschend flexibel
29.05.2017 | Max-Planck-Institut für Ornithologie

nachricht Bauchspeicheldrüsenkrebs: Forschungsgruppe erprobt erfolgreich neue Diagnose- und Therapieansätze
29.05.2017 | Wilhelm Sander-Stiftung

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Neue Methode für die Datenübertragung mit Licht

Der steigende Bedarf an schneller, leistungsfähiger Datenübertragung erfordert die Entwicklung neuer Verfahren zur verlustarmen und störungsfreien Übermittlung von optischen Informationssignalen. Wissenschaftler der Universität Johannesburg, des Instituts für Angewandte Optik der Friedrich-Schiller-Universität Jena und des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien Jena (Leibniz-IPHT) präsentieren im Fachblatt „Journal of Optics“ eine neue Möglichkeit, glasfaserbasierte und kabellose optische Datenübertragung effizient miteinander zu verbinden.

Dank des Internets können wir in Sekundenbruchteilen mit Menschen rund um den Globus in Kontakt treten. Damit die Kommunikation reibungslos funktioniert,...

Im Focus: Strathclyde-led research develops world's highest gain high-power laser amplifier

The world's highest gain high power laser amplifier - by many orders of magnitude - has been developed in research led at the University of Strathclyde.

The researchers demonstrated the feasibility of using plasma to amplify short laser pulses of picojoule-level energy up to 100 millijoules, which is a 'gain'...

Im Focus: Lässt sich mit Boten-RNA das Immunsystem gegen Staphylococcus aureus scharf schalten?

Staphylococcus aureus ist aufgrund häufiger Resistenzen gegenüber vielen Antibiotika ein gefürchteter Erreger (MRSA) insbesondere bei Krankenhaus-Infektionen. Forscher des Paul-Ehrlich-Instituts haben immunologische Prozesse identifiziert, die eine erfolgreiche körpereigene, gegen den Erreger gerichtete Abwehr verhindern. Die Forscher konnten zeigen, dass sich durch Übertragung von Protein oder Boten-RNA (mRNA, messenger RNA) des Erregers auf Immunzellen die Immunantwort in Richtung einer aktiven Erregerabwehr verschieben lässt. Dies könnte für die Entwicklung eines wirksamen Impfstoffs bedeutsam sein. Darüber berichtet PLOS Pathogens in seiner Online-Ausgabe vom 25.05.2017.

Staphylococcus aureus (S. aureus) ist ein Bakterium, das bei weit über der Hälfte der Erwachsenen Haut und Schleimhäute besiedelt und dabei normalerweise keine...

Im Focus: Can the immune system be boosted against Staphylococcus aureus by delivery of messenger RNA?

Staphylococcus aureus is a feared pathogen (MRSA, multi-resistant S. aureus) due to frequent resistances against many antibiotics, especially in hospital infections. Researchers at the Paul-Ehrlich-Institut have identified immunological processes that prevent a successful immune response directed against the pathogenic agent. The delivery of bacterial proteins with RNA adjuvant or messenger RNA (mRNA) into immune cells allows the re-direction of the immune response towards an active defense against S. aureus. This could be of significant importance for the development of an effective vaccine. PLOS Pathogens has published these research results online on 25 May 2017.

Staphylococcus aureus (S. aureus) is a bacterium that colonizes by far more than half of the skin and the mucosa of adults, usually without causing infections....

Im Focus: Orientierungslauf im Mikrokosmos

Physiker der Universität Würzburg können auf Knopfdruck einzelne Lichtteilchen erzeugen, die einander ähneln wie ein Ei dem anderen. Zwei neue Studien zeigen nun, welches Potenzial diese Methode hat.

Der Quantencomputer beflügelt seit Jahrzehnten die Phantasie der Wissenschaftler: Er beruht auf grundlegend anderen Phänomenen als ein herkömmlicher Rechner....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Lebensdauer alternder Brücken - prüfen und vorausschauen

29.05.2017 | Veranstaltungen

49. eucen-Konferenz zum Thema Lebenslanges Lernen an Universitäten

29.05.2017 | Veranstaltungen

Internationale Konferenz an der Schnittstelle von Literatur, Kultur und Wirtschaft

29.05.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Intelligente Sensoren mit System

29.05.2017 | Messenachrichten

Geckos kommunizieren überraschend flexibel

29.05.2017 | Biowissenschaften Chemie

1,5 Millionen Euro für vier neue „Innovative Training Networks” an der Universität Hamburg

29.05.2017 | Förderungen Preise