Detailansicht
Subcellular localisation and function of the calcium-dependent protein kinase CPK3 in Arabidopsis thaliana
Barbara Pfister
Art der Arbeit
Diplomarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Zentrum für Molekulare Biologie
Betreuer*in
Markus Teige
DOI
10.25365/thesis.12603
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-29912.23919.411465-7
Link zu u:search
(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Pflanzen sind einer Vielzahl von schädlichen Umweltbedingungen wie salzhaltigen Böden, Kälte oder Pathogenen ausgesetzt. Um diesen Einflüssen standzuhalten, haben sie faszinierende Abwehrmechanismen entwickelt. Am Beginn solcher Anpassungen stehen meist lokal begrenzte Ca(2+)-Signale, die von Ca(2+)-bindenden Sensoren erfasst und in eine zelluläre Antwort umgewandelt werden.
CPK3 ist Teil der konservierten Familie der kalziumabhängigen Proteinkinasen (CDPKs), die durch Ca(2+) aktiviert werden und häufig in Stressantworten involviert sind. Kürzlich wurde gezeigt, dass CPK3 in der Modellpflanze Arabidopsis thaliana essentiell für die Anpassung an Salzstress ist. Die genaue Funktion von CPK3 ist jedoch noch unbekannt.
Das Ziel meiner Arbeit war es, die subzelluläre Lokalisierung von CPK3 zu untersuchen, um Hinweise auf die Funktion dieser Kinase zu erhalten. Ich war insbesondere an ihrer Membranassoziierung interessiert, da CPK3 wahrscheinlich an der Regulierung von membranständigen Ionenkanälen beteiligt ist, was auch ihre Rolle im Salzstress erklären könnte. Mithilfe von biochemischen Methoden konnte ich zeigen, dass CPK3 eine gewebespezifische Lokalisierung aufweist: Während CPK3 in Blättern sowohl mit der Plasmamembran als auch mit der vakuolären Membran assoziiert ist, ist sie in Wurzeln wahrscheinlich ausschließlich in der Plasmamembran verankert. Dies deutet auf unterschiedliche Funktionen und Interaktionspartner von CPK3 in diesen zwei Organen hin.
Außerdem habe ich Proteine, die zuvor als mögliche Substrate von CPK3 identifiziert worden waren, auf ihre Interaktion mit CPK3 hin getestet. Anhand von Bimolekularer Fluoreszenzkomplementation (BiFC) konnte ich zeigen, dass u.a. ein Remorin, ERD13 und zwei Phosphatasen aus der PP2C-Familie mit CPK3 in vivo interagieren und somit interessante Objekte für weitere Analysen darstellen.
Mithilfe dieser Technik konnte ich auch nachweisen, dass TPK1, ein vakuolärer K(+)-Kanal, mit CPK3 in planta interagiert. Die Mutation zweier Arginine in der Interaktionsdomäne von TPK1 verringerte die Interaktion in signifikantem Ausmaß, was die Spezifität der beobachteten Interaktion demonstriert. Durch die Verwendung von Keimungsexperimenten konnte ich außerdem zeigen, dass sowohl TPK1 als auch CPK3 wichtig für die K(+)-Homöostase bei Salzstress sind. Dies bedeutet, dass die mögliche Regulation von TPK1 durch CPK3 einen Mechanismus darstellen könnte, der erklärt, wie CPK3 die Toleranz von Pflanzen gegenüber Salzstress erhöht.
Abstract
(Englisch)
Plants are exposed to a variety of hostile environmental factors, such as soil salinity, cold or pathogens. In order to cope with these conditions, they have evolved fascinating defence mechanisms. A rise in cytosolic Ca(2+) levels is often the beginning of stress responses. These locally restricted signals are sensed by Ca(2+) binding proteins, which translate the signals into a cellular response.
CPK3 belongs to the family of Ca(2+)-dependent protein kinases, which are activated upon binding of Ca(2+). It has recently been shown in our lab that CPK3 is required for salt-stress acclimation in the model plant Arabidopsis thaliana. The precise function of CPK3, however, has not been elucidated yet.
The aim of my work was to analyse the subcellular localisation of CPK3 in order to gain insights into the functions of this kinase. In particular, I was interested in the membrane association of CPK3, as a regulation of ion channels by CPK3 has been proposed previously. Using biochemical approaches, I was able to show that CPK3 displays a tissue-specific localisation. Whereas CPK3 is associated with the plasma membrane and the vacuolar membrane in leaves, my data indicate that it is exclusively attached to the plasma membrane in roots. This suggests that CPK3 has different functions and molecular targets in these two organs.
In addition, I tested proteins which had been identified as putative targets of CPK3 by phosphoproteomics for their interaction with CPK3. Bimolecular fluorescence complementation (BiFC) revealed that a remorin protein, ERD13 and two PP2C-type phosphatases interact with CPK3 in vivo. Accordingly, these proteins are interesting objects for further analysis.
Using BiFC, I could furthermore show that the vacuolar K(+) channel TPK1 interacts with CPK3 in planta as well. Mutation of two arginines in the predicted interaction domain of TPK1 resulted in a significantly reduced signal, demonstrating the specificity of the observed interaction. Germination assays revealed that both TPK1 and CPK3 are important for K(+) homeostasis under salt stress. Thus, the regulation of TPK1 by CPK3 provides a mechanism that explains how CPK3 may increase the tolerance of plants towards salt stress.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
Calcium-Dependent Protein Kinases CDPK CPK3 Arabidopsis salt stress localisation BiFC
Schlagwörter
(Deutsch)
CDPK CPK3 Arabidopsis Salzstress Lokalisierung BiFC
Autor*innen
Barbara Pfister
Haupttitel (Englisch)
Subcellular localisation and function of the calcium-dependent protein kinase CPK3 in Arabidopsis thaliana
Paralleltitel (Deutsch)
Subzelluläre Lokalisierung und Funktion der kalziumabhängigen Proteinkinase CPK3 in Arabidopsis thaliana
Publikationsjahr
2010
Umfangsangabe
75 S. : Ill., graph. Darst.
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Markus Teige
Klassifikation
42 Biologie > 42.13 Molekularbiologie
AC Nummer
AC08746595
Utheses ID
11368
Studienkennzahl
UA | 490 | | |