Mechanisms of establishment and maintenance of PIN polarity in Arabidopsis

Abstract

Buněčná polarita představuje v biologii rostlin klíčový koncept. Subcelulární lokalizace auxinových přenašečů rodiny Pin-formed (PIN) v kořeni "#$%&'()*&* je výrazně asymetrická, což činí z PIN proteinů důležitý model studia mechanismů regulujících buněčnou polaritu. I přes její význam pro rostlinný vývoj a dvě dekády usilovného výzkumu toho o molekulárním principu polarity PIN proteinů víme stále velmi málo. V této práci jsem se za využití pokročilých transgenních a fluorescenčně- mikroskopických přístupů zaměřil na studium několika aspektů regulace polarity PIN proteinů. Podílel jsem se na zavedení nového genetického nástroje pro inhibici endocytózy, který se ukázal velmi užitečným pro studium role endocytózy nejen v regulaci polarity PINů. Ukázal jsem, že apikální polarita proteinu PIN2 musí být po rozdělění buněk znovu ustavena a že tento proces závisí na endocytóze, sekreci nově syntetizovných proteinů a funkci WAG1 a příbuzných proteinových kináz; nikoli však na transcytóze, mezibuněčné signalizaci či neporušeném cytoskeletu. Nakonec jsem popsal dosud neznámou roli proteinů MAB4/MEL v regulaci polarity PINů, která spočívá ve schopnosti proteinů MAB4/MEL omezit laterální difuzi PIN proteinů v plazmatické membráně a tím přispět k udržení jejich polární lokalizace. Mé výsledky, kromě přispění k...

Cell polarity is a key concept in plant biology. The subcellular localization of Pin- formed (PIN) auxin efflux carriers in the root of "#$%&'()*&* is remarkably asymmetrical, making PINs prominent markers to study cell polarity. In spite of its developmental importance and two decades of research, the molecular basis of PIN polarity remains largely unknown. In this thesis, I employed advanced transgenic and fluorescence microscopy approaches to gain insight into several aspects of PIN polarity regulation. I participated in establishing a novel genetically encoded inhibitor of endocytosis, an invaluable tool for the study of the importance of endocytosis for various cellular processes, including PIN polarity. I demonstrated that apical polarity of PIN2 needs to be re-established after cell division and that this process depends on endocytosis, '+!,(-( protein secretion and the action of WAG1 and related protein kinases, but not transcytosis, cell-cell signaling or intact cytoskeleton. Finally, I identified the previously unknown role of MAB4/MEL proteins in PIN polarity, which lies in the ability of MAB4/MELs to reduce PIN lateral diffusion and thus contribute to PIN polarity maintenance. My results, besides broadening current understanding of PIN polarity regulation, identify mechanisms that...