Unfolded protein response in the model species Arabidopsis thaliana

模式物种拟南芥中未折叠的蛋白质反应

基本信息

  • 批准号:
    8649057
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 28.67万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2012
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2012-05-01 至 2016-04-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

DESCRIPTION (provided by applicant): Adverse environmental conditions as well as physiological situations requiring enhanced secretory protein synthesis can cause an imbalance between demand and capacity of protein synthesis at the endoplasmic reticulum (ER). The ER can sense stress and restore homeostasis by invoking a protective signaling pathway known as the unfolded protein response (UPR). To initiate UPR, yeast largely relies on a linear arm based on the action of a conserved sensor, Ire1p. During the course of evolution, the suite of UPR arms harnessed additional sensors to accommodate more specific responses in a multicellular context. A major challenge in UPR studies is now to understand the biological role of the various UPR arms in intact organisms to define how the UPR signaling network functions to direct diverse cell-fate decisions in development and response to biotic and abiotic stress. The conservation of plant and metazoan UPR and the availability of powerful genomics and molecular tools render the model plant Arabidopsis thaliana an appealing system in which to address these questions. In plants, the UPR is thought to play a major role in various stress situations, but the understanding of plant UPR mechanisms is still limited. In Arabidopsis, two membrane-tethered blip transcription factors, bZIP28 and bZIP60, and a subunit of the conserved heterotrimeric G protein complex, AGB1, have been shown to function as regulators of plant UPR, but little is known about the molecular components of the UPR arms controlled by these mediators. We have recently established a direct involvement of AtIRE1 in ER stress response and in growth. These findings will enable us to explore the role of IRE1 in combination with other key players of plant UPR to develop a model that links UPR signaling during stress responses with growth and development in vivo in a multicellular context. The immediate goals of this proposal therefore are 1) to elucidate conserved and plant-specific features in the signal transduction pathway controlled by AtIRE1; 2) to define the role of the UPR arms in growth, development, and various conditions of stress; and 3) to identify the target genes corresponding to each UPR arm to define downstream effectors and to elucidate how the UPR signaling arms intersect with each other. Adding plants as an evolutionarily distinct and tractable model for the study of the UPR in multicellular organisms is important because it will allow comparing and contrasting plant, yeast, and animal UPRs, and thus will provide significant insights into these systems, adding to our fundamental understanding of eukaryotic cell biology at large. To achieve our goals we will integrate functional genomics with in vitro assays and transcriptomics. We will be able to establish how plants depend on the UPR signaling network during growth and development and in response to stress conditions that require enhanced secretory protein synthesis. Our results will not only enhance our understanding of human growth and disease, they will also permit the development of UPR drugs in a tractable multicellular model, and contribute to our understanding of limiting factors in agricultural processes and plant biotechnology designed to sustain food security on earth.
描述(由申请人提供):不利的环境条件以及需要增强分泌蛋白合成的生理情况可能导致内质网(ER)的蛋白合成需求和能力之间的不平衡。 ER 可以通过调用称为未折叠蛋白反应 (UPR) 的保护性信号通路来感知压力并恢复体内平衡。为了启动 UPR,酵母很大程度上依赖于基于保守传感器 Ire1p 作用的线性臂。在进化过程中,UPR臂套件利用额外的传感器来适应多细胞环境中更具体的反应。目前,UPR 研究的一个主要挑战是了解完整生物体中各个 UPR 臂的生物学作用,以确定 UPR 信号网络如何发挥作用,指导发育和响应生物和非生物胁迫的不同细胞命运决策。植物和后生动物 UPR 的保护以及强大的基因组学和分子工具的可用性使模式植物拟南芥成为解决这些问题的一个有吸引力的系统。在植物中,UPR被认为在各种胁迫情况下发挥着重要作用,但对植物UPR机制的了解仍然有限。在拟南芥中,两个膜束缚的 blip 转录因子 bZIP28 和 bZIP60 以及保守的异三聚体 G 蛋白复合物 AGB1 的亚基已被证明可作为植物 UPR 的调节因子,但人们对 UPR 的分子成分知之甚少。由这些调解人控制的武器。我们最近发现 AtIRE1 直接参与 ER 应激反应和生长。这些发现将使我们能够与植物 UPR 的其他关键参与者结合探索 IRE1 的作用,以开发一个模型,将应激反应期间的 UPR 信号传导与多细胞背景下的体内生长和发育联系起来。因此,该提案的直接目标是 1) 阐明 AtIRE1 控制的信号转导途径中的保守和植物特异性特征; 2) 定义 UPR 臂在生长、发育和各种应激条件中的作用; 3) 识别与每个 UPR 臂相对应的靶基因,以定义下游效应子并阐明 UPR 信号臂如何相互交叉。将植物作为一种进化上独特且易于处理的模型来研究多细胞生物的 UPR 非常重要,因为它将允许比较和对比植物、酵母和动物的 UPR,从而为这些系统提供重要的见解,增加我们的基本理解整个真核细胞生物学。为了实现我们的目标,我们将功能基因组学与体外测定和转录组学相结合。我们将能够确定植物在生长和发育过程中如何依赖 UPR 信号网络以及响应需要增强分泌蛋白合成的胁迫条件。我们的结果不仅将增强我们对人类生长和疾病的理解,还将允许在易于处理的多细胞模型中开发 UPR 药物,并有助于我们理解旨在维持地球粮食安全的农业过程和植物生物技术中的限制因素。

项目成果

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