Funktionelle Analyse der Kinesin-5 und Kinesin-14 Familien in Pflanzen im Vergleich zu nichtpflanzlichen Organismen

Abstract

Ziel dieser Arbeit war es, Kinesin-14 und Kinesin-5 in Pflanzen zu charakterisieren und ggf. funktionelle Unterschiede aufzudecken und zu beschreiben. Für KCHs, die zur Kinesin-14 Familie gehören, habe ich ein Modell entwickelt, welches die Funktion der KCHs beim Transport von Spermienzellen innerhalb des Pollenschlauches beschreibt. Grundlage für dieses Modell ist die Analyse der Spermienzellbewegung, die sich als saltatorische Vor- und Zurückbewegung beschreiben lässt. Es basiert auf einem Tug-of-war Mechanismus, bei dem Kinesine Kraft auf antiparallel ausgerichtete Mikrotubuli ausüben und damit in unterschiedliche Richtungen wirken. Bei der Dissoziation der zytoplasmatischen Verbindung zwischen dem vegetativen Kern und den beiden Spermienzellen, werden beide Spermienzellen unabhängig voneinander im Pollenschlauch bewegt. Das widerspricht der bisher üblichen Annahme, dass die Spermienzellen passiv über einen aktiven Transport des vegetativen Kerns über das Aktin-Myosin-Netzwerk transportiert werden. Das Modell stellt eine neue Funktion für pflanzliche Kinesin-14 dar, die bisher nicht beschrieben wurde. Die biophysikalischen Eigenschaften von Kinesin-5 wurden bisher im pflanzlichen Kontext noch nicht untersucht. Man geht davon aus, dass auf Grund der geringen Sequenzunterschiede, die Funktion von pflanzlichen und tierischen Kinesin-5 die gleiche ist und Kinesin-5 auch in Pflanzen eine Rolle bei der Entstehung und dem Erhalt der mitotischen Spindel spielt. Das pflanzliche Kinesin-5 AtKRP125b zeigt bei in vitro Experimenten eine prozessive, Plusende-gerichtete Bewegung mit einer Geschwindigkeit von 20 nm/s. Damit erfüllt es die biophysikalischen Voraussetzungen um die kanonische Funktion in der mitotischen Spindel zu erfüllen. Allerdings zeigen Lokalisationsstudien, dass AtKRP125b auch im Zytoplasma und außerhalb von meristematischen Gewebe zu finden ist. Dies weist auf pflanzenspezifische Funktionen hin, die nicht mit der mitotischen Spindel assoziiert sind.