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Live imaging of nuclear architecture in root cells of Arabidopsis thaliana
Tao Dumur
Art der Arbeit
Dissertation
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Doctor of Philosophy-Doktoratsstudium NAWI Bereich Lebenswissenschaften (Dissertationsgebiet: Molekulare Biologie)
Betreuer*in
Ortrun Mittelsten Scheid
DOI
10.25365/thesis.56491
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-17291.96745.763064-9
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Struktur und Organisation des Genoms innerhalb des Zellkerns ist nicht zufällig und für den Programmablauf der Genexpression in der Zelle äußerst wichtig. Die Architektur des pflanzlichen Zellkerns ist variabel und kann sich aufgrund endogener Entwicklungssignale oder externer Stressfaktoren ändern. Die meisten Untersuchungen subnukleärer Struktur im Zusammenhang mit Genexpression wurden bisher mit fixiertem Material und isolierten Kernen gemacht. Solche Ansätze lieferten wertvolle Informationen über die Organisation des Chromatins, können aber die dynamischen Vorgänge in lebenden Zellen nicht berücksichtigen. Die Verfügbarkeit fluoreszenter Reporter und schneller Bilderfassungsmethoden in der Mikroskopie erlaubte es mir, Lebendbeobachtung an Zellkernen innerhalb des Wurzelgewebes von Arabidopsis Keimlingen durchzuführen und die Dynamik der Kernarchitektur nach Einwirkung interner und externer Trigger zu verfolgen. Mein ehrgeiziges Vorhaben, die Position spezifischer Genomabschnitte während der Aktivierung dort lokalisierter Gene in lebenden Zellen zu beobachten, wurde nicht erreicht, aber es führte zur Entwicklung eines Verfahrens, mit dem einzelne Zellkerne während der Differenzierung der Wurzelzelle unter dem Mikroskop verfolgt und die Umstrukturierung ihrer nukleären Architektur während der Differenzierung erfasst werden kann. Ich konnte zeigen, dass Unterschiede in der Identität der Epidermiszellen schon nahe an der Wurzelspitze in der Kernorganisation zum Ausdruck kommen, lange bevor sich die Zellanatomie weiter oben ändert. Als äußeren Faktor habe ich Hitzestress angewandt und gezeigt, dass die dadurch ausgelöste Dissoziation des Heterochromatins reversibel und mit Abrundung und Immobilisierung der Kerne verbunden ist. Mit Hilfe von Histonchaperon- Mutanten gelang es zu zeigen, dass die Aktivität von mehreren Histonchaperonkomplexen zum Erhalt der Kernstruktur und zur rechtzeitigen Reorganisation des Heterochromatins unter Hitzestressbedingungen erforderlich ist. Einige Langzeitfolgen des Hitzestresses auf die Kernarchitektur sind jedoch nicht auszuschließen. Das Erscheinungsbild der Wurzelzellkerne unter Hitzestress erinnert an das in Mutanten ohne einen funktionalen Komplex, welcher das Zytoskelett mit dem Inneren des Zellkerns verbindet. Das wirft interessante Fragen nach der Rolle dieses Komplexes für die Kontrolle der Zellkernarchitektur bei Hitze- und anderen Stressbedingungen.
Abstract
(Englisch)
Structure and organization of the genome within the nucleus is non-random and of critical importance for the gene expression program of a cell. In plants, the nuclear architecture is plastic and can change in response to internal (development) or external (stress) cues. Most studies of subnuclear structures and its relation to gene expression so far were based on fixed material and extracted nuclei. These approaches have provided valuable information about chromatin organization but are unable to encompass the dynamics of nuclear organization in living cells. Taking advantage of recent progress in the availability of fluorescent reporter and fast acquisition microscopy, I applied live imaging of nuclei in cells within their native context in roots of Arabidopsis seedlings, to gain insight into the dynamics of nuclear architecture in response to internal and external cues. My ambitious attempt to achieve live imaging of specific single loci in response to changes in gene activation did not reach its goal, but it led to the development of a tracking tool allowing to follow individual nuclei during root cell differentiation under the microscope and to capture nuclear architecture remodeling during differentiation. I showed that differences in cell identity in the epidermis are reflected already close to the root tip by their nuclear organization, long before cell anatomy changes further up. As an external cue, I applied heat stress and could show that the resulting decompaction of heterochromatin is transient and accompanied with nuclear rounding and nuclear immobilization. Using histone chaperone mutants, I demonstrated that activity of several histone chaperone complexes is required to maintain nuclear integrity in response to heat stress and for timely restoration of heterochromatin after the stress. However, some long-term effect of the stress on nuclear architecture can occur. The phenotype of root cell nuclei in response to heat stress resembles that of mutants affected in a complex linking the cytoskeleton to the nuclear interior and open interesting question about the role of this complex and the control of nuclear architecture in response to heat and other stress conditions.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
Arabidopsis thaliana live imaging chromatin nuclear architecture heat stress response histone chaperones automatic tracking
Schlagwörter
(Deutsch)
Arabidopsis thaliana Lebendbeobachtung Chromatin Kernarchitektur Hitzestressreaktion Histonchaperone automatisches tracking
Autor*innen
Tao Dumur
Haupttitel (Englisch)
Live imaging of nuclear architecture in root cells of Arabidopsis thaliana
Paralleltitel (Deutsch)
Lebendbeobachtung der Kernarchitektur in Wurzelzellen von Arabidopsis thaliana
Publikationsjahr
2019
Umfangsangabe
98 Seiten : Illustrationen, Diagramme
Sprache
Englisch
Beurteiler*innen
Marie-Theres Hauser ,
Peter Schlögelhofer
Klassifikationen
42 Biologie > 42.13 Molekularbiologie ,
42 Biologie > 42.15 Zellbiologie
AC Nummer
AC15333693
Utheses ID
49901
Studienkennzahl
UA | 794 | 685 | 490 |