Cell division plane regulation in plants by MAPK cascades

Mgr. Tereza VAVRDOVÁ

Doctoral thesis

Abstract:

Mitogenem aktivované proteinkinázy (MPK) se v rostlinných buňkách zapojují do řady signalizačních drah. Díky tomu propojují reakce na podněty z okolí s mezibuněčnou komunikací. Cílem této práce bylo prozkoumat funkce MPK ve stanovení roviny buněčného dělení. Práce byla zaměřena na signální dráhu skládající se z YODA a MPK3 a MPK6 kináz, pro kterou je známé její zapojení do regulace asymetrických buněčných dělení během ranné embryogeneze a vývoje primárního kořene u modelové rostliny Arabidopsis thaliana. Předmětem zájmu bylo zhodnotit, zda je signalizace YODA-MPK3/6 kaskádou ovlivněna proteinovou fosfatázou 2A (PP2A) and proteiny teplotního šoku 90 (HSP90). Funkce PP2A fosfatázy je spojena s kontrolou stanovení roviny buněčného dělení a předpokládá se, že tuto úlohu plní regulací fosforylace proteinů zapojených do relevantních procesů. Tato práce předkládá hypotézu, podle které PP2A koordinuje funkci YODA-MPK3/6 signální dráhy během stanovení roviny buněčného dělení. Druhá část této práce je zaměřena na zdokumentování zapojení HSP90 do regulace ranné embryogeneze. I v tomto případě se předpokládá, že HSP90 by embryonální vývoj mohly ovlivňovat skrze interakci s YODA-MPK3/6 signální dráhou. V této práci jsou též popsány a porovnány pokročilé mikroskopické techniky. Zvláštní důraz je věnován popisu možností jejich praktického využití pro mikroskopické pozorování živých buněk exprimujících chimerické fluorescenční proteiny, nebo fixních preparátů se strukturami značenými pomocí protilátek. Strukturní iluminační mikroskopie a laserová rastrovací konfokální mikroskopie využívající detektor typu Airyscan byly využity pro současné zobrazení mikrotubulů a významných proteinů asociovaných s mikrotubuly, konkrétně protein asociovaný s mikrotubuly 65 2 (MAP65-2) a MAP65-3. Výsledkem této práce je informování o roli YODA-MPK3/6 signální dráhy při stanovení roviny buněčného dělení a určení buněčného osudu, a dále o interakci této signální kaskády s PP2A and HSP90. Dále je předloženo porovnání pokročilých mikroskopických technik, které mohou být využity v budoucích studiích pro objasnění mechanismů organizace a dynamických změn cytoskeletu v rostlinných buňkách.

Abstract:

Plant mitogen activated protein kinases (MPK) are involved in a plethora of signalling events, integrating extrinsic cues to cellular responses. The focus of this thesis is to examine the role of MPKs in the cell division plane orientation. Specifically, the function of the YODA-MPK3/6 pathway is described in formative cell divisions during early embryonic development and in tissue patterning of the primary root tip of the model plant Arabidopsis thaliana. The interaction between the YODA-MPK3/6 pathway and the protein phosphatase 2A (PP2A) and heat shock proteins 90 (HSP90) was assessed. PP2A phosphatases are known to affect cell division plane orientation and are expected to execute this function by regulating the phosphorylation status of proteins involved in cell division plane positioning. Herein, it is assumed that the PP2A cooperates with the YODA-MPK3/6 in determining the cell division plane orientation. In the second part of the thesis, the involvement of HSP90s in early embryonic development is investigated in light of their previously described physical partnership with the YODA-MPK3/6 pathway. Finally, the present thesis also provides a description and comparison of advanced microscopic techniques, with potential applications for imaging live cells expressing appropriate fluorescent protein fusions, or fixed and accordingly immunolabeled samples. Methods such as structured illumination microscopy and Airyscan laser scanning microscopy are applied to visualize microtubules together with two prominent microtubule associated proteins, microtubule associated protein 65 2 (MAP65-2) and MAP65-3. Conclusively, this thesis presents information on the role of the YODA-MPK3/6 cascade in the cell division plane orientation and the cell fate determination as well as its interaction with PP2A and HSP90s while executing these functions. Furthermore, it reports on advanced microscopic methods which may be employed in future studies aiming to elucidate mechanisms behind cytoskeleton organization and dynamics in plants.

Keywords

Mitogenem aktivované proteinkinázy, Proteiny asociované s mikrotubuly, Mikrotubuly, Proteinová fosfatáza 2A, Protein teplotního šoku 90, Stanovení roviny buněčného dělení, Laserová rastrovací konfokální mikroskopie využívající detektor typu Airyscan, Strukturní iluminační mikroskopie, Imunofluorescence

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 15. 6. 2020

Thesis defence

• Date of defence: 21. 10. 2020
• Supervisor: Georgios Komis, Ph.D.

Palacký University Olomouc

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Biochemistry / Biochemistry