Plant Aquaporins: A study of expression, localization, specificity, and regulation

Sammanfattning: Popular Abstract in Swedish 2003 års Nobelpris i kemi gick till professor Peter Agre för upptäckten av aquaporinerna. Aquaporiner är proteiner som sitter i membran och bildar kanaler som tillåter vatten och andra små neutrala molekyler att passera genom membranet. Aquaporinerna utgör en mycket gammal och välkonserverad proteinfamilj som finns i alla levande organismer som hittills undersökts. Växter har ett stort behov av en ständigt fungerande transportmekanism av vatten för sin överlevnad. Eftersom en växt är placerad på ett ställe i naturen och inte har möjlighet att skydda sig från påfrestningar i form av blåst, skugga, sol, regn, torka och beröring, är det viktigt för dem att hela tiden kunna anpassa sig till olika omständigheter, vilket ofta involverar ändringar av vattentransporten i hela växten. För att ständigt kunna uppnå dessa snabba ändringar i vattentransporten kräver växterna många aquaporiner. För att förstå hur aquaporinerna fungerar är det viktigt att studera de individuella aquaporinerna var för sig samt att studera hur alla aquaporinerna i en organism arbetar tillsammans. Detta har vi studerat i två växter; backtrav (Arabidopsis thaliana) och spenat. År 2000 publicerades hela den sekvenserade arvsmassan (DNA:t) hos modellväxten backtrav. Vi har identifierat 35 st aquaporingener i backtrav, som kan delas in i fyra grupper; plasmamembran-lokaliserade aquaporiner (PIPar), tonoplast-lokaliserade aquaporiner (TIPar), NOD26-lika aquaporiner (NIPar) och små basiska aquaporiner (SIPar). Dessa fyra grupper återfinnes i många andra växtarter, vilket innebär att de kan namnges på samma sätt och därmed lättare jämföras med varandra mellan arterna. Vi har analyserat mängden av de 35 individuella aquaporinerna i backtrav, både i olika växtdelar (blad, rot och blomma) samt hur de förändras vid torkstress. Dessutom så har vi har studerat fyra av de nio NIParna i backtrav med avseende på lokalisering, dels i växten och dels inuti cellen, samt deras transportspecificitet. När man vill studera ett enda protein i detalj behöver man stora mängder av proteinet. Vi har producerat SoPIP2;1, vilket är en aquaporin som finns i plasmamembranet hos spenatblad, i en jäststam och rena upp det från jästmembranen. Vi visade också att det upprenade proteinet hade kvar sin förmåga att transportera vatten. Transportaktiviteten hos SoPIP2;1 regleras genom fosforylering, vilket innebär att en fosfatgrupp sätts på en specifik aminosyra i proteinet och därmed ger proteinet en lite annorlunda struktur och därmed ändrad transportaktivitet. Kinaser är en grupp av proteiner som på detta sätt modifierar andra proteiner. Vi har delvis renat upp och karakteriserat två kinaser som fosforylerar SoPIP2;1. Detta kan ses som första steget i att utforska mekanismen för vad som reglerar denna aquaporinen.