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Wie Lipide in der Membran des Endoplasmatischen Retikulums von Pflanzenzellen mit Proteinen zusammenwirken, um den ersten Schritt des Proteintransports zu organisieren, war ein lange ungelöstes Rätsel. Ein Forschungsteam der Ruhr-Universität Bochum unter der Leitung von Prof. Dr. Christopher Grefen hat herausgefunden, wie ein Lipid-Schalter Proteine zum endoplasmatischen Retikulum (ER) leitet – dem Tor zum Sekretionsweg der Zelle. Die Arbeit ist in der Fachzeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) vom 8. Oktober 2025 veröffentlicht.
Proteine müssen in die Membran
Proteine, die eine Verankerungssequenz tragen, müssen in die Membran des Endoplasmatischen Retikulums eingebaut werden, bevor sie ihre zellulären Aufgaben erfüllen können. In Pflanzen wird diese Aufgabe vom Guided Entry of Tail-Anchored Proteins (GET)-Weg übernommen. Wie die GET-Rezeptoren reguliert werden, war jedoch bislang unklar – bis jetzt.
Die Forschenden entdeckten, dass das Lipid Phosphatidylinositol-4-phosphat (PI4P) – das normalerweise im ER nur in geringen Mengen vorkommt – als vorübergehender Rekrutierer fungiert. PI4P zieht die beiden GET-Rezeptoren AtGET1 und AtGET2 in 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, wodurch die ordnungsgemäße Einfügung von Tail-Anchor-Proteinen sichergestellt und das Wachstum der Wurzelhaare in Pflanzen unterstützt wird.
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 Ergebnisse unterstreichen die dynamische Wechselwirkung zwischen Lipiden und Proteinen bei der Gestaltung der Organisation von Zellmembranen. Über die Pflanzenbiologie hinaus könnte dieser Phosphoinositid-Schalter einen allgemeinen Mechanismus darstellen, mit dem Zellen den Proteintransport regulieren.
Prof. Dr. Christopher Grefen
Molekulare und zelluläre Botanik
Fakultät für Biologie und Biotechnologie
Ruhr-Universität Bochum
Tel.: +49 234 32 26212
E-Mail: botanik@ruhr-uni-bochum.de
Lei Zhang, Aron Struß, Miaojing Qin, Annika Dombrowski, Stefanie Viebahn, Dietmar Mehlhorn, Christopher Grefen: A Phosphoinositide-Mediated Switch of GET Pathway Receptor Dimerization in Arabidopsis, in: PNAS 2025, DOI: 10.1073/pnas.2514354122, https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2514354122
Lei Zhang arbeitet mit der Pflanze Arabidopsis.
Copyright: © RUB, Marquard
Das Team der Botanik ist stolz auf das Paper in PNAS.
Copyright: © RUB, Marquard
Criteria of this press release:
Journalists
Biology
transregional, national
Research results, Scientific Publications
German
Lei Zhang arbeitet mit der Pflanze Arabidopsis.
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Das Team der Botanik ist stolz auf das Paper in PNAS.
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