Project

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Unravelling the Arabidopsis RBR complexome

Applicant Gruissem Wilhelm
Number 153000
Funding scheme Project funding (Div. I-III)
Research institution Departement Umweltsystemwissenschaften ETH Zürich
Institution of higher education ETH Zurich - ETHZ
Main discipline Molecular Biology
Start/End 01.04.2014 - 30.09.2017
Approved amount 756'000.00
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All Disciplines (2)

Discipline
Molecular Biology
Biochemistry

Keywords (6)

RB-RELATED PLANT PROTEINS; PLANT RETINOBLASTOMA; FUNCTIONAL ANALYSIS; PROTEOMICS; ARABIDOPSIS MODEL SYSTEM; CHROMATIN

Lay Summary (German)

Lead
Das Retinoblastoma Protein (Rb) wurde vor etwa 25 Jahren als Tumorinhibitor erkannt da Mutationen im Rb Gen verschiedene Krebskrankheiten auslösen. Seitdem wurden verschiedene Funktionen des RB Proteins aufgeklärt. Am wichtigsten ist die Funktion des Rb Proteins in der Regulation der Zellteilung die auch seine Eigenschaft als Tumorinhibitor erklärt. Allerdings steuert das Rb Protein auch eine Reihe von anderen zentralen Vorgängen, wie zum Beispiel Entwicklungs- und Zelldifferenzierung. Dabei interagiert das Rb Protein mit einer Anzahl von anderen regulatorischen Proteinen. In vielen Fällen ist die biologische Funktion dieser Interaktionen noch unbekannt. Insbesondere sind die zeitlichen Abläufe der Interaktionen ungeklärt. Das Rb Gen ist in Pflanzen konserviert und die post-embryonale Entwicklung von Pflanzen erlaubt es, die zeitlichen Abläufe von Interaktionen zwischen Rb und anderen regulatorischen Proteinen aufzuklären.
Lay summary
Das Retinoblastoma-ähnliche Protein (RBR) in der Modellpflanze Arabidopsis interagiert genetisch und biochemisch mit regulatorischen Proteinkomplexen, die an Steuerung von Entwicklungs- und Differenzierungsprozessen beteiligt sind. Die Zusammensetzung und Dynamik der Proteinkomplexe während der Pflanzen- und auch Tierentwicklung sind noch weitgehend unbekannt. Im Gegensatz zu Tieren ist das RBR Protein in Pflanzen essentiell denn der Verlust des Proteins verhindert bereits die Ausbildung von Fortpflanzungszellen. Daher erfordert die Untersuchung der Dynamik von Proteinkomplexen ein induzierbares System mit dem das RBR Protein vor oder während Entwicklungs- und Differenzierungsvorgängen über einen bestimmten Zeitraum aus der Zelle entfernt werden kann. Wenn nun das RBR Protein mit einer Markierung versehen ist die es erlaubt das Protein mit Hilfe von Antikörpern oder einer Affinitätsmatrix anzureichern, ist es möglich die Dynamik der Komplexe, die das RBR Protein mit verschiedenen regulatorischen Proteinen eingeht, zu untersuchen. Dabei wird angenommen, das die Zusammensetzung und Interaktionsdauer von RBR Proteinkomplexen unterschiedlich und auch spezifisch ist, was Rückschlüsse auf die Dynamik der regulatorischen Vorgänge erlaubt. Dabei ist es wichtig dass viele der Proteinkomplexe mit denen Rb in Tieren interagiert auch in Pflanzen vorkommen. Daher wird die Untersuchung der Zusammensetzung und Dynamik dieser Interaktionen zwischen RBR und den regulatorischen Proteinkomplexen in Pflanzen auch wichtige Rückschlüsse auf ähnliche Vorgänge in Tieren erlauben und somit einen wichtigen Beitrag zum Verständnis der Tumorinhibitor Funktion des Rb Proteins im Menschen ermöglichen.
Direct link to Lay Summary Last update: 30.03.2014

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Collaboration

Group / person Country
Types of collaboration
Gert De Jaeger Belgium (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
Rudi Aebersold Switzerland (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results

Scientific events

Active participation

Title Type of contribution Title of article or contribution Date Place Persons involved
Plant Biology Colloquium Individual talk The Arabidopsis RBR complexome 23.09.2016 ETH Zurich, Switzerland Chang Chiung-swey Joanne;
D-BIOL Symposium Poster Analysis of the RBR complexome 13.06.2016 Davos, Switzerland Chang Chiung-swey Joanne;
D-BIOL Symposium Poster MS-based indentification of RBR interacting proteins 13.06.2016 Davos, Switzerland Echavarria-Zomeno Sira;
Plant Biology Colloquium Individual talk Identification of Arabidopsis RBR interacting proteins 03.06.2016 ETH Zurich, Switzerland Echavarria-Zomeno Sira;
Seminar Individual talk Function of Arabdiopsis RBR in stem cell maintenance and differentiation 25.04.2016 Karlsruhe Instittue of Technology, Germany Gruissem Wilhelm;
David W. Beach Memorial Lecture Individual talk The role of RBR in leaf growth and development 17.11.2015 Purdue University, Lafayette, United States of America Gruissem Wilhelm;
Plant Organ Growth Symposium Talk given at a conference The role of RBR in leaf development 10.03.2015 Gent, Belgium Gruissem Wilhelm;
Swiss Plant Science Symposium Talk given at a conference Function of Arabidopsis RBR in stem cell maintenance and differentiation 28.01.2015 Leukerbad, Switzerland Gruissem Wilhelm;
Institute of Molecular Biology Symposium, Academia Sinica, Taiwan Individual talk Function of the Arabidopsis Retinoblastoma-related protein in stem cell maintenance and differentiation 03.11.2014 Taipei, Taiwan Gruissem Wilhelm;
Communication in Plants and their Response to the Environment Talk given at a conference The role of RBR in leaf development 14.05.2014 Halle, Germany Gruissem Wilhelm;


Awards

Title Year
David W. Beach Award and Memorial Lecture Purdue University 2015

Associated projects

Number Title Start Funding scheme
163672 Regulation der Zellzyklus Aktivität während Trockenstress 01.01.2016 International short research visits
109475 Function of Arabidopsis Retinoblastoma-related RBR in stem cell maintenance and DNA endoreduplication 01.10.2005 Project funding (Div. I-III)
132971 Function of Arabidopsis RBR in stem cell differentiation and developmental transition 01.10.2010 Project funding (Div. I-III)

Abstract

Background and working hypothesisThe proteins encoded by the Retinoblastoma genes in animals (pRb) and plants (RBR) are key regula-tors and the focus of intensive research because of the roles of pRb in tumor formation and RBR in plant reproduction and development. The proteins regulate cell cycle progression by interaction with the E2F/DP transcription factors, control transcription during developmental transitions via chromatin modifiers, and promote differentiation by interaction with transcription factors required for cell fate decisions. Compared to the large number of identified binary interactions between Retinoblastoma proteins and different binding partners, however, much less is known about the composition, modifications and dynamics of multi-subunit complexes that have been reported to interact with pRb and RBR. We will test our hypothesis that in Arabidopsis RBR associates with multiple complexes, both in mature tissues that have exited cell division and during key transitions (heterotrophic to autotrophic growth, vegetative to reproductive growth) during plant development.Specific aimsWe propose a detailed analysis of RBR-containing protein complexes in Arabidopsis and their persistence during loss of RBR function. We will quantitatively analyze RBR-associated complexes in ma-ture plants to gain insights into their complexity and establish a compendium of all proteins that can be assigned to individual or multiple complexes. We will then investigate selected complexes that contain or are associated with RBR for their dynamics and persistence in proliferating tissues, at developmental transitions and during ES-induced RBR depletion.Experimental designA key tool for our experimental approach will be Arabidopsis plant lines expressing tandem affinity purification (TAP)-tagged RBR as well as known and candidate interacting proteins. We have estab-lished a GATEWAY compatible cloning platform for rapid construction of N- and C-terminal TAP-tag fusion proteins expressed under the control of a choice of promoter sequences. Pyramided lines expressing differently tagged RBR and candidate interacting proteins will be used to purify complex-es from the same plant material or the same complex with different tags for reciprocal validation. Complex subunit composition and potential modifications (phosphorylation, acetylation, ubiquityla-tion) will be analyzed using quantitative and SRM mass spectrometry. Expected valueUnderstanding the complexity and dynamics of RBR function via interactions with other proteins and complexes (i.e., the RBR complexome) during the cell cycle and developmental transitions will con-tribute to answering one of the most significant outstanding questions in the Retinoblastoma re-search field. Because many of the pRb-associated complexes are conserved in plants, Arabidopsis is a well-characterized and biochemically tractable model system to unravel the RBR complexome during post-embryogenic development. We expect that together with other available data, the new quantitative information and compendium of proteins involved in the Arabidopsis RBR complexome will provide an important impetus for further research on this key regulatory protein and its associated complexes, both in plant and animals.
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