Project

Back to overview

Structural and functional investigation of plant membrane receptor kinases and their cytoplasmic signaling cascades

English title Structural and functional investigation of plant membrane receptor kinases and their cytoplasmic signaling cascades
Applicant Hothorn Michael
Number 205201
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 Biochemistry
Start/End 01.10.2021 - 30.09.2025
Approved amount 1'112'000.00
Show all

All Disciplines (2)

Discipline
Biochemistry
Genetics

Keywords (8)

protein X-ray crystallography; signal transduction; receptor kinase; genetic screen; protein phosphatase; activation mechanism; cryo electron microscopy; plant growth

Lay Summary (German)

Lead
Eine pflanzenspezifische Familie von Membranrezeptoren steuert Wachstum und Entwicklung und die Interation von Pflanzen mit anderen Lebewesen. Das vorliegende Projekt versucht zu verstehen, wie verschiedenen Moleküle von dieses Rezeptoren erkannt werden können, und wie die Signalleitung von der Zelloberfläche bis in den Zellkern funktioniert.
Lay summary

Mehrzellige Lebewesen koordinieren die Teilung und das Wachstum ihrer Zellen um zu wachsen und um verschiedene Gewebe und Organe zu bilden. Pflanzen benutzen ähnlich wie Tiere kleine Signalmoleküle, die von einigen Zellen ausgeschieden werden und von anderen Zellen erkannt werden. In Pflanzen werden diese Signalmoleküle von bestimmten Membranrezeptoren an der Zelloberfläche gebunden. Der Rezeptor kann nach der Erkennung des Hormons ein Signal innerhalb der Zelle erzeugen, welches in den Kern wandern muss um dort ein bestimmtes genetisches Programm anzuschalten. Unser Projekt versucht zu verstehen, wie verschiedene Signalmoleküle von ihren Rezeptoren erkannt werden und wie das Erkennungssignal von der Zelloberfläche in den Zellkern transportiert wird. Dazu bilden mehrere Eiweißmoleküle eine Signalkette in der Informationen von einem Eiweiß zum nächsten weitergegeben werden. Wir möchten verstehen, wie diese Informationen kodiert sind und auf wie sie sich in der Zelle bewegen.

Unser Projekt ist Grundlagenforschung in der Pflanzenbiologie. Ein genaues Verständnis pflanzlicher Signalleitung könnte jedoch genutzt werden, das Wachstum und die Entwicklung von Nutzpflanzen gezielt zu beeinflussen.

Direct link to Lay Summary Last update: 28.09.2021

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Name Institute

Associated projects

Number Title Start Funding scheme
176237 Plant membrane receptor kinase complexes and their connection to cytoplasmic signaling cascades 01.10.2017 Project funding

Abstract

A family of plant-unique membrane receptor kinases regulates different processes in plant development, stress responses, immunity and symbiotic interactions (Hohmann et al., 2017). All members share a cytoplasmic kinase domain, a single membrane-spanning helix and an extracellular ligand-binding domain. We have previously demonstrated that receptor kinases with extracellular leucine-rich repeat domains (LRR-RKs) can interact with various small molecule and peptide hormone ligands (Santiago et al., 2013, 2016; Okuda et al., 2020a). Ligand binding recruits a SERK co-receptor kinase, which together with the receptor forms the binding site for the respective ligand (Santiago et al., 2013, 2016; Okuda et al., 2020a; Hohmann et al., 2017). Ligand-induced heterodimer formation at the cell surface enables the cytoplasmic kinase domains of receptor and co-receptor to trans-phosphorylate each other and to activate cytoplasmic signaling cascades (Bojar et al., 2014; Hohmann et al., 2018b). In SNSF grant 31003A_176237 we have previously validated this receptor activation model for LRR-RKs (Hohmann et al., 2018b, 2020), have identified and structurally characterized novel receptor - ligand pairs (Anne et al., 2018; Okuda et al., 2020; Doll et al., 2020; Crook et al., 2020) and have uncovered a negative regulatory mechanism utilizing a family of receptor-like pseudokinases (Hohmann et al., 2018a, 2020). In addition, we have characterized two families of receptor kinases with non-LRR ectodomains at the biochemical, structural and physiological level, but have not succeeded in identifying their ligands yet (Vaattovaara et al., 2019; Okuda et al., 2021). Finally, we have studied the genetically well-described cytoplasmic signaling cascade of the brassinosteroid signaling pathway (Hohmann and Hothorn, 2019) at the reverse genetic, biochemical and structural level. Our mechanistic studies suggest that the cytoplasmic signaling cascade works differently than previously tought, and also indicates that central signaling hubs are still missing. Based on our findings, I now propose to dissect the receptor activation mechanism of a entire LRR-RK signaling complex and its connection to a cytoplasmic signaling cascade. We would also like to define novel receptor - ligand pairs in Arabidopsis.
-