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Molecular mechanism for peptide hormone sensing by plant membrane receptor kinases

English title Molecular mechanism for peptide hormone sensing by plant membrane receptor kinases
Applicant Hothorn Michael
Number 156920
Funding scheme Project funding
Research institution Département de Biologie Végétale Faculté des Sciences Université de Genève
Institution of higher education University of Geneva - GE
Main discipline Botany
Start/End 01.10.2014 - 30.09.2017
Approved amount 781'000.00
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All Disciplines (2)

Discipline
Botany
Biochemistry

Keywords (8)

signal transduction; peptide hormones; kinase signalling; protein crystallography; plant development; membrane receptor kinases; Arabidopsis genetics; plant biochemistry

Lay Summary (German)

Lead
Pflanzen besitzen genau wie Tiere Hormone, welche das Wachstum und die Entwicklung des Organismus steuern und koordinieren. Unser Projekt möchte nun untersuchen, wie bestimmte Rezeptoreiweiße diese Hormonsignale in Pflanzen erkennen und in eine Signalantwort übersetzen.
Lay summary

Mehrzellige Lebewesen müssen die Teilung und das Wachstum ihrer Zellen koordinieren, um zu wachsen, um Gewebe und Organe zu bilden und um sich aus einem Embryo in eine adulte Lebensform zu entwickeln. Pflanzen benutzen ähnlich wie Tiere kleine Signalmoleküle (Hormone), die von einigen Zellen ausgeschieden werden und von anderen Zellen erkannt werden. Diese Signale erlauben es, Wachstum und Zellteilung der Pflanze zu koordinieren. Viele dieser Hormone werden von bestimmten Rezeptoreiweißen erkannt, welche in der die Zellen umgebenden Membran eingebettet sind. Diese Rezeptoreiweiße sind die Augen und Ohren einer Pflanzenzelle. Sie können ein Hormon an der Oberfläche der Zelle erkennen, und daraus ein Signal innerhalb der Zelle erzeugen. Dieses Signal steuert dann in der Zelle einen molekularen Schalter für Wachstum oder Zellteilung.

In unserem Projekt möchten wir nun ganz genau auf Ebene der Moleküle verstehen, wie diese pflanzlichen Rezeptoreiweiße kleine Hormone an der Zelloberfläche erkennen und daraus ein Signal im Zellinnern erzeugen. Wir werden das am Beispiel zweier Peptidhormone untersuchen. Eines davon steuert, das Pflanzen ihre Blütenblätter nach abgeschlossener Blüte abwerfen. Ein zweites Peptidhormon sorgt dafür, das pflanzliche Stammzellen immer teilungsbereit bleiben, um neue Wurzeln, Blätter und andere Organe zu erzeugen, während die Pflanze wächst und sich entwickelt.

Unser Projekt ist Grundlagenforschung in der Pflanzenbiologie. Ein genaues Verständnis der Erkennung von pflanzlichen Hormonen durch Rezeptoreiweiße an der Zellmembran könnte jedoch genutzt werden, neue Wachstumsregulatoren für Nutzpflanzen zu entwickeln.

Direct link to Lay Summary Last update: 30.09.2014

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Publications

Publication
CLERK is a novel receptor kinase required for sensing of root-active CLE peptides in Arabidopsis
Anne Pauline, Amiguet-Vercher Amelia, Brandt Benjamin, Kalmbach Lothar, Geldner Niko, Hothorn Michael, Hardtke Christian S. (2018), CLERK is a novel receptor kinase required for sensing of root-active CLE peptides in Arabidopsis, in Development, 145(10), dev162354-dev162354.
Perception of root-active CLE peptides requires CORYNE function in the phloem vasculature
Hazak Ora, Brandt Benjamin, Cattaneo Pietro, Santiago Julia, Rodriguez?Villalon Antia, Hothorn Michael, Hardtke Christian S (2017), Perception of root-active CLE peptides requires CORYNE function in the phloem vasculature, in EMBO reports, e201643535-e201643535.
The Structural Basis of Ligand Perception and Signal Activation by Receptor Kinases
Hohmann Ulrich, Lau Kelvin, Hothorn Michael (2017), The Structural Basis of Ligand Perception and Signal Activation by Receptor Kinases, in Annual Review of Plant Biology, 68(1), 109-137.
Mechanistic insight into a peptide hormone signaling complex mediating floral organ abscission
Santiago Julia, Brandt Benjamin, Wildhagen Marie, Hohmann Ulrich, Hothorn Ludwig Alfred, Butenko Melinka, Hothorn Michael (2016), Mechanistic insight into a peptide hormone signaling complex mediating floral organ abscission, in eLife, 5( pii: e150), 1-19.

Collaboration

Group / person Country
Types of collaboration
Christian Hardtke / Université de Lausanne Switzerland (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication
- Research Infrastructure
- Exchange of personnel
Melinka Butenko / Oslo University Norway (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication
- Exchange of personnel
Universite de Lausanne Switzerland (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication

Scientific events



Self-organised

Title Date Place

Awards

Title Year
Howard Hughes Medical Institute (HHMI) International Research Scholar Award 2017

Associated projects

Number Title Start Funding scheme
170794 3D cryo-electron microscopy for analysis of macromolecular assemblies at atomic resolution 01.09.2017 R'EQUIP

Abstract

Plants are nature's other successful experiment with multicellular life. Just like animals, plants use peptide hormones to integrate their growth and development, the formation of tissues and organs and the maintenance of stem cell populations. Diverse plant peptide hormones are sensed by leucine-rich repeat (LRR) receptor kinases, a plant-unique family of membrane signaling proteins. Several receptor-ligand pairs have been genetically identified, but it is presently unknown how LRR kinases specifically sense different peptide hormones, how they transduce the signal across the plasma membrane or how they activate cytoplasmic signaling cascades. Here we propose to dissect how two distinct peptide signaling systems operate at the molecular level: The LRR receptor kinase HAESA senses a family of IDA peptide hormones to regulate floral abscission. We have identified the active form of IDA, which unexpectedly turns out to be structurally related to CLE peptide hormones. CLEs and their CLAVATA/BAM receptors control stem cell populations in the root and in the shoot. We will combine quantitative biochemistry and X-ray crystallography with cell biology and reverse genetics in Arabidopsis, to study in molecular detail how IDA and CLE peptides specifically bind their receptors and how these receptors become activated through recruitment of co-receptor helper proteins. Our work may uncover a common receptor activation mechanism for diverse plant peptide hormones and aid the design of potent receptor agonists and antagonists with applications in the lab and in the field.
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