2013_01 tabula rasa - wie Pflanzenzellen Richtung erzeugen

Pflanzenzellen tragen eine innere Richtung, Polarität genannt. Diese Polarität treibt den Transport des Pflanzenhormons Auxin an, an dem die gesamte Pflanze ihre Gestalt ausrichtet. Aber wie entsteht dieser zelluläre Elementarmagnet. Um dies untersuchen zu können, entwickelten wir ein tabula-rasa System, wobei der Zelle durch Entfernung der Zellwand jegliche Richtung genommen wird. Es gelang, diese kugelrunden, richtungslosen, Protoplasten über mehrere Tage zu kultivieren, so dass sie eine neue Richtung ausbilden konnten. Mithilfe von Zellen, bei denen entweder die Mikrotubuli oder die Actinfilamente mithilfe des Grün Fluoreszenten Proteins sichtbar gemacht wurden, konnte man zuschauen, wie sich das Zellskelett bei der Bildung einer neuen Richtung verhält. Dabei zeigte sich, dass zunächst der Zellkern in der ganzen Zelle herumirrt, bis er eine Position in der Mitte gefunden hat. In der Zwischenzeit werden unterhalb der Membran kleine Bläschen mit Zellwandmaterial deponiert, aber noch nicht ausgeschüttet. Wenn der Zellwand dann symmetrisch liegt, gibt er das Kommando zur Entleerung und binnen Minuten entsteht die neue Zellwand, freilich noch ohne eine Achse. Danach werden an der Zellwand Ankerpunkte für das Actinskelett angelegt, wonach schrittweise ein Zellpol definiert wird. Die Mikrotubuli richten sich danach quer dazu aus und dann beginnt sich die Zelle zu strecken. Nach drei Tagen sieht sie so aus, als wäre nie etwas gewesen. Über Hemmstoffe gegen Tubulin und Actin konnte man den Vorgang stören und Zellen mit mehreren Achsen erzeugen ("siamesische Zwillinge"). Durch ein Peptid, das in tierischen Zellen die Verankerung des Zellskeletts an der außen aufliegenden extrazellulären Matrix über sogenannte Integrine verändert, konnte man die Achsenbildung manipulieren. Wir vermuten daher, dass ähnliche Verknüpfungen auch bei Pflanzen existieren, obwohl man dort keine Integrine findet. Aufgrund der grundsätzlichen Bedeutung der Zellrichtung für die gesamte Entwicklung der Pflanze wurde unsere Arbeit in der renommierten Fachzeitschrift Journal of Integrative Plant Biology auf der Titelseite gewürdigt.

Veröffentlichung

93. Zaban B, Maisch J, Nick P (2013) Dynamic actin controls polarity induction de novo in protoplasts, J Int Plant Biol 55, 142–159 - pdf