Die AtMRS2-Genfamilie: Untersuchungen zur entwicklungs-/ gewebespezifischen Expression in Arabidopsis thaliana und Protein-Proteininteraktionsanalysen mit dem mating based Split-Ubiquitin-System in Hefe
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DissertationDate of Exam
03.07.2008Date of Publication
2008Advisor
Knoop, VolkerCo-Referee
Schreiber, LukasMetadata
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Abstract
Magnesium besitzt einzigartige physiko-chemische Eigenschaften und benötigt einen ebenso außergewöhnlichen Transportmechanismus. Obwohl Magnesium eine essentielle Funktion in der Zelle als Cofaktor zahlreicher Enzyme, und bezogen auf die pflanzliche Zelle als Zentralatom des Chlorophylls und Regulator photosynthetischer Schlüsselenzyme besitzt, ist der Magnesiumtransport bisher wenig untersucht. Die vorliegende Dissertation erläutert Ergebnisse zur Analyse einer Genfamilie pflanzlicher Magnesiumtransporter, der AtMRS2-Genfamilie. Die AtMRS2-Genfamilie gehört zu einer neuen Klasse von Ionentransportproteinen, der 2-TM-GxN-Superfamilie. Zu dieser Familie gehören funktionale Magnesiumtransporter, wie das mittlerweile gut untersuchte CorA-Protein der Prokaryonten und bei den Eukaryonten die Hefeproteine ALR1/2, LPE10 und MRS2. Die Genfamilie umfasst in Arabidopsis thaliana elf Kernmitglieder und vier weiter entfernt Verwandte.
In der vorliegenden Dissertation sollte die Promotoraktivität der elf Mitglieder der AtMRS2-Genfamilie analysiert werden. Es stellte sich hier die Frage, ob eine entwicklungsspezifische oder gewebespezifische Expression vorliegt. Für die Expressionsanalyse wurden die Promotoren und das jeweilige erste codierende Exon mit der codierenden Sequenz der β-Glucuronidase fusioniert und stabil in Arabidopsis thaliana transformiert. Für einige Mitglieder der Genfamilie, wie AtMRS2-1 und AtMRS2-5, wurde eine ubiquitäre Expression beginnend im auskeimen Samen, die sich über das Keimlingsstadium bis zur adulten Pflanzen in fast allen Organen fortsetzte, beobachtet. Andere Transporter wie AtMRS2-2, zeigten vom Keimlings- bis zum Blütenstadium eine Expression im vaskulären Gewebe. Für AtMRS2-6 wurde eine entwicklungsspezifische Promotoraktivität in den Pollenkörnern dokumentiert. AtMRS2-4 und AtMRS2-11 zeigten Promotoraktivität im vegetativen Gewebe, zusätzlich konnte eine Expression in den Chloroplasten nachgewiesen werden. Insgesamt betrachtet konnte jedem Entwicklungsstadium und jedem Organ der Pflanze mindestens ein Mitglied der AtMRS2-Genfamilie zugeordnet werden. Die Analyse der Promotoraktivität unter veränderten exogenen Bedingungen zeigte eine Induktion des chloroplastidär lokalisierten AtMRS2-11- Transporters in etiolierten Keimlingen durch Licht. Ein Einfluss von Schwermetallen auf die Promotoraktivität wurde für AtMRS2-4, 2-5, 2-10 und 2-11 unter Aluminiumstress, unter Cadmiumstress für AtMRS2-2, und unter Kupferstress für AtMRS2-4 und 2-5 beobachtet.
Im zweiten Teil der Arbeit wurden Protein-Proteininteraktionsanalysen durchgeführt, um Einblicke in den möglichen Aufbau eines funktionalen Kanals zu erhalten. Das bakterielle CorA besitzt eine Pentamerstruktur, die auch für die AtMRS2-Proteine denkbar ist. Für alle funktionalen Mitglieder der AtMRS2-Genfamilie wurde die Möglichkeit Homo-Oligomeren zu bilden gezeigt. Für einzelne Mitglieder, die eine überlappende Promotoraktivität zeigten, ist eine Hetero-Oligomerbildung möglich. Für Kaliumkanäle wurde eine Beteilung von coiled coil-Domänen an der Interaktion gezeigt. In einem ergänzenden Ansatz wurde untersucht, ob eine Mutation der coiled coil-Domäne die Oligomerisierung der AtMRS2-Proteine beeinflusst. Die Interaktion der AtMRS2 Proteine mit einer Mutation in der coiled coil-Domäne war stark reduziert. Unklar bleibt, ob die coiled coil-Domäne an der Interaktion oder der Stabilisierung beteiligt ist.
Subjects
Classification (DDC)
500 Naturwissenschaften 570 Biowissenschaften, Biologie 580 Pflanzen (Botanik)Online-Ausgabe in bonndoc: https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:hbz:5N-14557
urn: https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:hbz:5N-14557,
author = {{Karoline Meschenmoser}},
title = {Die AtMRS2-Genfamilie: Untersuchungen zur entwicklungs-/ gewebespezifischen Expression in Arabidopsis thaliana und Protein-Proteininteraktionsanalysen mit dem mating based Split-Ubiquitin-System in Hefe},
school = {Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn},
year = 2008,
note = {
Magnesium besitzt einzigartige physiko-chemische Eigenschaften und benötigt einen ebenso außergewöhnlichen Transportmechanismus. Obwohl Magnesium eine essentielle Funktion in der Zelle als Cofaktor zahlreicher Enzyme, und bezogen auf die pflanzliche Zelle als Zentralatom des Chlorophylls und Regulator photosynthetischer Schlüsselenzyme besitzt, ist der Magnesiumtransport bisher wenig untersucht. Die vorliegende Dissertation erläutert Ergebnisse zur Analyse einer Genfamilie pflanzlicher Magnesiumtransporter, der AtMRS2-Genfamilie. Die AtMRS2-Genfamilie gehört zu einer neuen Klasse von Ionentransportproteinen, der 2-TM-GxN-Superfamilie. Zu dieser Familie gehören funktionale Magnesiumtransporter, wie das mittlerweile gut untersuchte CorA-Protein der Prokaryonten und bei den Eukaryonten die Hefeproteine ALR1/2, LPE10 und MRS2. Die Genfamilie umfasst in Arabidopsis thaliana elf Kernmitglieder und vier weiter entfernt Verwandte.
In der vorliegenden Dissertation sollte die Promotoraktivität der elf Mitglieder der AtMRS2-Genfamilie analysiert werden. Es stellte sich hier die Frage, ob eine entwicklungsspezifische oder gewebespezifische Expression vorliegt. Für die Expressionsanalyse wurden die Promotoren und das jeweilige erste codierende Exon mit der codierenden Sequenz der β-Glucuronidase fusioniert und stabil in Arabidopsis thaliana transformiert. Für einige Mitglieder der Genfamilie, wie AtMRS2-1 und AtMRS2-5, wurde eine ubiquitäre Expression beginnend im auskeimen Samen, die sich über das Keimlingsstadium bis zur adulten Pflanzen in fast allen Organen fortsetzte, beobachtet. Andere Transporter wie AtMRS2-2, zeigten vom Keimlings- bis zum Blütenstadium eine Expression im vaskulären Gewebe. Für AtMRS2-6 wurde eine entwicklungsspezifische Promotoraktivität in den Pollenkörnern dokumentiert. AtMRS2-4 und AtMRS2-11 zeigten Promotoraktivität im vegetativen Gewebe, zusätzlich konnte eine Expression in den Chloroplasten nachgewiesen werden. Insgesamt betrachtet konnte jedem Entwicklungsstadium und jedem Organ der Pflanze mindestens ein Mitglied der AtMRS2-Genfamilie zugeordnet werden. Die Analyse der Promotoraktivität unter veränderten exogenen Bedingungen zeigte eine Induktion des chloroplastidär lokalisierten AtMRS2-11- Transporters in etiolierten Keimlingen durch Licht. Ein Einfluss von Schwermetallen auf die Promotoraktivität wurde für AtMRS2-4, 2-5, 2-10 und 2-11 unter Aluminiumstress, unter Cadmiumstress für AtMRS2-2, und unter Kupferstress für AtMRS2-4 und 2-5 beobachtet.
Im zweiten Teil der Arbeit wurden Protein-Proteininteraktionsanalysen durchgeführt, um Einblicke in den möglichen Aufbau eines funktionalen Kanals zu erhalten. Das bakterielle CorA besitzt eine Pentamerstruktur, die auch für die AtMRS2-Proteine denkbar ist. Für alle funktionalen Mitglieder der AtMRS2-Genfamilie wurde die Möglichkeit Homo-Oligomeren zu bilden gezeigt. Für einzelne Mitglieder, die eine überlappende Promotoraktivität zeigten, ist eine Hetero-Oligomerbildung möglich. Für Kaliumkanäle wurde eine Beteilung von coiled coil-Domänen an der Interaktion gezeigt. In einem ergänzenden Ansatz wurde untersucht, ob eine Mutation der coiled coil-Domäne die Oligomerisierung der AtMRS2-Proteine beeinflusst. Die Interaktion der AtMRS2 Proteine mit einer Mutation in der coiled coil-Domäne war stark reduziert. Unklar bleibt, ob die coiled coil-Domäne an der Interaktion oder der Stabilisierung beteiligt ist.
url = {https://hdl.handle.net/20.500.11811/3629}
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