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Analyse eines hypomorphischen Telomerase Allels und dessen Wirkung auf die Erhaltung von Telomeren und Pflanzenentwicklung in Arabidopsis thaliana
Johanna Elena Trieb
Art der Arbeit
Diplomarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Zentrum für Molekulare Biologie
Betreuer*in
Karel Riha
DOI
10.25365/thesis.13462
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-29745.12054.358969-0
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Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Die Enden von linearen eukaryotischen Chromosomen bestehen aus einer Reihe repetitiven Sequenzen die von verschiedenen Proteinen erkannten werden um komplexe Nukleoprotein Strukturen zu bilden. Diese so-genannten Telomere schützen die Chromosom-Enden vor exonukleotischer Degradierung und DNS Reparatur Mechanismen. Unvollständige DNS Replikation verursacht allerdings eine Verkürzung von terminalen DNS Sequenzen mit jeder Zellteilung. Wenn die Telomere eine bestimmte kritische Länge erreicht haben, verlieren die Chromosom-Enden ihren Schutz was ebenfalls die genomische Integrität beinträchtigt. DNS-Reparatur Mechanismen werden demzufolge aktiviert, welches zu Chromosom-Fusionen, genomischer Instabilität und schlussendlich zellulären Seneszenz führt. In hoch-proliferativen Zellen wird das “End-replikations-problem” mit Hilfe des Enyzms Telomerase verhindert. Die Telomerase bildet ein Ribonukleoprotein Komplex aus einer katalytischen Reverse-transkriptase Untereinheit TERT und einer RNA Komponente. Durch die reverse Transkription ihrer eigenen RNA Komponente, ermöglicht das Enzym eine Verlängerung der Telomere welches wiederum die genomischen Stabilität wiederherstellt. Ein wichtiger Mechanismus daher für die Regulierung der Telomer-Länge ist die Regulierung der Telomerase-Aktivität.
Vorherige Experimente haben gezeigt, das Arabidopsis thaliana Pflanzen mit einer Telomerase TERT Defizienz Defekte in vegetativen und reproduktions Organen entwickeln. Ausserdem verkürzen sich die Telomere 250 bis 500 Basenpaare pro Generation, welches zu einer erhöhten Frequenz von Chromosom-Fusionen führt. Zusammen mit der progressiven Verschlechterung der Entwicklungsdefekte, können diese Pflanzen nicht mehr als 10 Generationen propagiert werden.
Ziel dieses Projektes war es den Effekt einer Komplementation der Telomerase-Defizienz auf die Telomere-Länge und Pflanzenentwicklung zu analysieren. Die Überexprimierung vom Wild-typ TERT Gen in 4.-Generation Mutanten konnte überraschenderweise die Telomer-verkürzung nicht verhindern, jedoch die Entwicklungsdefekten bis zu 15 Generationen verzögern. Die Analyse der Telomer-Längen konnte weiterhin eine Stabilisierung zwischen 250 und 500 Basenpaare bei den meisten Chromosom-Armen identifizieren. Zusätzlich wurde eine Telomer-Erhaltung nur bei Telomeren 2R und 4R festgestellt. Weitere Experimente werden benötigt für eine vollständige Erklärung der TERT Funktion in den Transformanten um schlussendlich die Mechanismen der Telomer-Regulierung in Pflanzen erläutern zu können.
Abstract
(Englisch)
The ends of linear eukaryotic chromosomes consist of a sequence of tandem repeats recognized by various proteins to form complex nucleoprotein structures. These so-called telomeres discriminate chromosome ends from DNA double strand breaks providing protection from exonucleolytic degradation and DNA repair mechanisms. Incomplete DNA replication, however, causes shortening of terminal DNA with each cell division. When telomere attrition reaches a critical length, chromosome ends become deprotected and genomic integrity can no longer be maintained. DNA damage response and repair (DRR) pathways are activated as a result, causing chromosomal end-to-end fusions and subsequently genomic instabilities, that eventually lead to programmed cell death or cellular senescence.
In highly proliferative cells, the end replication problem is circumvented with the help of the enzyme telomerase. Telomerase is a ribonucleoprotein complex consisting of a catalytic reverse transcriptase subunit TERT and an RNA template. The enzyme elongates telomeres by reverse transcription of its own RNA template subunit, ensuring telomere maintenance at a length sufficient for the proper assembly of protective cap proteins. One mechanism for regulating telomere length is therefore regulating that activity of telomerase.
Previous experiments have shown that Arabidopsis thaliana plants deficient in catalytically active telomerase TERT develop defects in both vegetative and reproductive organs due to progressive telomere dysfunction. The telomeres of TERT-/- null mutants shorten at a rate of 250 to 500 base pairs per generation, leading to an increased frequency of chromosome fusions. The resulting progressive worsening of developmental defects ultimately prevents these plants from being propagated past a maximum of ten generations.
The aim of this project was to analyze the effect that a complementation of the telomerase-deficiency with functional telomerase would have on both telomere length and plant development. Surprisingly, overexpression of wild-type TERT in 4th generation mutants does not prevent telomere attrition and only delays the onset of developmental defects extending reproductive capacity to 15 generations. Furthermore, telomere length analysis demonstrates a stabilization between 250 and 500 base pairs at most chromosome arms. Telomere elongation, however, is observable at arms 2R and 4R, implying that unique structural conformations permit telomere lengthening at these arms. Further experiments are required to elucidate the function of the encoded TERT in transformants and ultimately the mechanisms involved in telomere length regulation in plants.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
Telomere Telomerase Arabidopsis thaliana Chromosome ends Transformants PETRA Developmental defects TERT
Schlagwörter
(Deutsch)
Telomere Telomerase Arabidopsis thaliana Chromosom-Enden Transformanten PETRA Entwicklungsdefekte TERT
Autor*innen
Johanna Elena Trieb
Haupttitel (Englisch)
Analyse eines hypomorphischen Telomerase Allels und dessen Wirkung auf die Erhaltung von Telomeren und Pflanzenentwicklung in Arabidopsis thaliana
Paralleltitel (Englisch)
Analysis of the Effect of a Hypomorphic Telomerase Allele on Telomere Maintenance and Plant Development in Arabidopsis thaliana
Publikationsjahr
2011
Umfangsangabe
74 S.
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Karel Riha
AC Nummer
AC08796391
Utheses ID
12095
Studienkennzahl
UA | 490 | | |