Cellular determinants of the distribution of PIN auxin transporters in the plasma membrane

• Název práce v češtině: Buněčné determinanty distribuce auxinových přenašečů PIN v plazmatické membráně
• Název v anglickém jazyce: Cellular determinants of the distribution of PIN auxin transporters in the plasma membrane
• Klíčová slova: auxin, plazmatická membrane, cytoskelet, pokročilá fluorescenční mikroskopie
• Klíčová slova anglicky: auxin, plasma membrane, cytoskeleton, advanced fluorescence microscopy
• Akademický rok vypsání: 2016/2017
• Typ práce: disertační práce
• Jazyk práce: angličtina
• Ústav: Katedra experimentální biologie rostlin (31-130)
• Vedoucí / školitel: RNDr. Jan Petrášek, Ph.D.
• Řešitel: skrytý - zadáno vedoucím/školitelem
• Datum přihlášení: 20.10.2017
• Datum zadání: 20.10.2017
• Datum odevzdání elektronické podoby: 01.12.2022
• Datum proběhlé obhajoby: 19.01.2023
• Oponenti: Mgr. Jozef Mravec, Ph.D.

Předběžná náplň práce

Rostlinný hormon auxin hraje morforegulační roli při vývoji těla přisedlých rostlin. Nastavení gradientů koncentrace auxinu v rostlinných tkáních závisí na aktivitě a lokalizaci jeho přenašečů na plazmatické membráně.

Přestože se intenzivně zkoumá molekulární podstata regulace procesů vnitrobuněčného váčkového transportu a úloha auxinu v tomto procesu, přesné mechanismy pro jednotlivé přenašečové molekuly jsou popsány pouze částečně. Nejlépe charakterizována je vnitrobuněčná dynamika přenašečů PIN zahrnující malé GTPázy, endotytózu závislou na klatrinu, exocytózu závislou na komplexu exocyst na sterolovém složení plazmatické membrány.

V naší laboratoři jsme zavedli kombinovanou metodiku pro detailní analýzu mobility auxinových přenašečů v plazmatické membráně založenou na kvantifikaci mobility fluorescenčních fúzních proteinů. Tato metodika zahrnuje tecniky obnovení fluorescence po jejím vysvícení (FRAP) a korelační spektroskopii (RICS). Ukázali jsme, že interakce s cytoskeletem mohou udělit proteinům PIN vyšší mobilitu, ale zdá se, že oproti tomu je je protein AUX1 omezený v pohyblivosti v oddílech membrány bohaté na steroly. Není však známo, které sekvenční motivy definují pohyblivost auxinových přenašečů uvnitř plazmové membrány a jak je v tomto procesu zahrnuta jejich interakce s fosfolipidy.

Hlavní hypotéza, která bude v tomto doktorském projektu experimentálně experimentálně testována je, že jednotlivé typy auxinových nosičů se liší ve vztahu k cytoskeletu a že tato asociace určuje jejich pohyblivost a funkci. Dynamika jednotlivých nosičů auxinu bude testována pomocí FRAP a RICS v suspenzní kultuiře tabáku a kolekci fluorescenčních markerových linií Arabidopsis thaliana nesoucích mutace v genech kódujících vybrané proteiny asociované s cytoskeletem. Projekt bude koordinován se spolupracujícími laboratořemi v oboru molekulární biologie rostlin a biofyziky v rámci AVČR.

Předběžná náplň práce v anglickém jazyce

Plant hormone auxin plays the morphoregulatory role during the development of sessile plant body. The setting of auxin concentration gradients in the plant tissues depends on the activity and localization of its influx and efflux plasma membrane transporters.
Although the molecular machinery that regulate plant vesicle trafficking processes and the role of auxin in this process is intensively studied the trafficking of individual auxin carriers is described only fragmentary. The best characterized is the trafficking of PIN auxin efflux carriers that includes small GTPases, clathrin-dependent endocytosis, exocyst-dependent exocytosis, and depends on the sterol composition of the plasma membrane. The trafficking of other auxin carriers is less understood.
In our laboratory, we have established combined methodology for the detailed analysis of the mobility of plasma membrane located auxin efflux and influx carriers based on the quantification of the mobility of FP-fusion proteins using fluorescence recovery after photobleaching (FRAP) and raster image correlation spectroscopy (RICS) techniques. We have shown that interactions with a cytoskeletal fence might provide PIN proteins with higher mobility (actin-myosin based), but AUX1 seems to be restricted by the fence and it is rather localized within sterol-rich compartments. However, it is not known which sequence motifs defines their mobility within plasma membrane and how the interaction with phospholipids is involved.
Major hypothesis that will be experimentally challenged in this PhD project is that individual types of auxin carriers differ in their association with cytoskeleton and that this association determines their mobility and function. The dynamics of individual auxin carriers will be tested in tobacco suspension cells and in the collection of Arabidopsis thaliana auxin transporter fluorescent marker lines carrying mutations in genes coding for selected cytoskeleton-associated proteins by FRAP and fluorescence image correlation techniques, including RICS. The project will be co-ordinated with collaborating laboratories in the field of plant molecular biology and biophysics working at Czech Academy of Sciences.