Interplay of cytoskeleton and secretory pathway during exocytosis in plant cells

Abstract

Cytoskelet se v živočišných a kvasinkových buňkách významně podílí na exocytóse, avšak u rostlin dosud není přesný molekulární mechenismus interakce sekretorického aparátu s cytoskeletem znám. Novodobá pozorování však napovídají, že mikrotubuly i aktin ovlivňují dynamiku exocytosy určitých proteinů. Obecně se cytoskelet podílí na exocytóse dopravou sekretorických váčků k plasmatické membráně a je schopen označovat místa budoucí sekrece. Po překročení limitní koncentrace cytoskeletálních vláken může sloužit jako sterická zábrana a brání tak fúzi kompartmentů. Rostlinný cytoskelet také pravděpodobně přispívá k exocytóse přímou interakcí se sekretorickým aparátem. Sekrece různých rostlinných sekretorických váčků je závislá na aktinu, mikrotubulech, obou komponentách či nezávislá na cytoskeletu. Také se ukazuje, že exocytósa je řízena tkáňově specificky. Tato práce si klade za cíl uvést na příkladu vrcholového růstu souhru cytoskeletu při exocytóse jednotlivých proteinů a komponent buněčné stěny a na základě spolupráce aktinu s mikrotubuly při sekreci celulosa syntásy se snaží naznačit budoucí směr výzkumu dynamiky exocytósy v kontextu rostlinné buňky.

Cytoskeleton is known to participate in exocytosis of yeast and animal cells. The role of plant cytoskeleton during exocytosis has not been fully understood yet. However, both actin and microtubules evidently contributes to the secretion of specific cargo proteins or cell wall components. Plant cytoskeleton influences the dynamics of exocytosis through various functions. First, secretory vesicles are delivered near the plasma membrane. Second, microtubules were shown to mark the place of exocytosis. Third, cytoskeleton is able to prevent membrane fusion by simple separation of compartments. Fourth, cytoskeleton potentially mediates the interaction between molecules of secretory apparatus. Secretion of certain cargo molecules appears to be dependent on different cytoskeleton types and the exocytosis seems to be specifically regulated in each tissue. This thesis aims to describe interplay of cytoskeleton and secretory pathway on the example of tip growth and to predict future direction of research on secretory pathway based on cellulose synthase secretory data.