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Functional characterization of the Arabidopsis SMG7 protein
Nina Riehs
Art der Arbeit
Dissertation
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Betreuer*in
Karel Riha
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-30047.03072.573553-3
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Während der Genexpression können Mutation oder eine fehlerhafte Prozessierung der Boten RNA zu vorzeitigen Stopcodons (PTCs) führen, die ein vorzeitiges Translationsende und folglich die Produktion verkürzter und potentiell schädlicher Proteine verursachen. Der “Nonsense mediated RNA decay“ (NMD) ist ein Mechanismus, der dieser Gefahr vorbeugt und die Degradierung dieser Boten RNAs veranlasst. Die evolutionär konservierten Est1/SMG5-7 Proteine spielen sowohl in NMD als auch in der Telomerbiologie eine entscheidende Rolle. Leider sind sie essenziell, und ihre Charakterisierung daher begrenzt. Das Arabidopsis thaliana Genom kodiert zwei EST1/SMG7 Proteine, welche SMG7 und SMG7-like genannt werden. Das Ziel meiner Doktorarbeit bestand darin, die Rolle des SMG7 Proteins auf Ebene des Pflanzenorganismus zu untersuchen. Daher verwendete ich mutante Pflanzenlinien, um die Funktion von SMG7 zu studieren. Ich stellte fest, dass in smg7 Mutanten natürlich vorkommende und von NMD regulierte Transkripte in einem translationsabhängigen Prozess stabilisiert wurden, was darauf hindeutet, dass ihr Abbau, welcher normalerweise durch NMD veranlasst wird, verhindert wurde. Diese Ergebnisse zeigen, dass das Arabidopsis SMG7 Protein eine konservierte Rolle im NMD spielt. Zusätzlich zeigten smg7 Mutanten eine Reihe an sichtbaren Defekten. Smg7 Mutanten waren steril, wobei eine zytologische Untersuchung der Meiose zeigte, dass ein Arrest in der Anaphase der zweiten meiotischen Teilung diese Sterilität verursachte. Daher ist SMG7 essenziell für den Abschluss der meiotischen M phase. Weiters waren smg7 Mutanten stark in Wachstum und Entwicklung beeinträchtigt und zeigten abgestorbene Zellen an den Blättern, welche ein typisches Zeichen von “lesion mimic“ Mutanten sind. In diesen Mutanten ist die Stressantwort auf pathogene Organismen, selbst in deren Abwesenheit aktiviert. Smg7 Mutanten zeigten auch ohne Pathogenstress einen Anstieg von Marker Molekülen, was auf eine ständige Aktivierung der Pathogenantwort deutet. Eine Abschwächung der Pathogenantwort mittels der pad4-1 Mutation führte zu einer kompletten Aufhebung aller vegetativen Defekte in smg7, was darauf hindeutet, dass SMG7 an der Regulierung der Pathogenantwort beteiligt ist. Weiters verglich ich die Defekte in smg7 Mutanten mit den Phänotypen von anderen NMD Mutanten, wie upf1 und upf3. Allerdings zeigten upf Mutanten weder einen Defekt in der Pathogenantwort noch eine reduzierte Fertilität. Daher kam ich zum Schluss, dass SMG7 eine komplexere Funktion zu haben scheint und nicht auf NMD limitiert ist.
Abstract
(Englisch)
During gene expression, mutations and errors in the processing of mRNA can lead to premature termination codons (PTC) or so called nonsense mutations. PTCs can lead to the production of truncated proteins which are potentially harmful to the cell. Nonsense mediated RNA decay (NMD) is a mechanism that has evolved to specifically target PTC containing mRNAs for degradation. The evolutionary conserved Est1/SMG5-7 proteins have been shown to play a role in NMD as well as telomere biology. However, due to their essential nature the characterization of these proteins in higher eukaryotes has been limited. The Arabidopsis thaliana genome encodes two EST1/SMG7 proteins, which are named SMG7 and SMG7-like. The major goal of my PhD thesis was to investigate the role of the SMG7 protein at an organismal level utilizing Arabidopsis thaliana as model system. I aimed to understand the function of SMG7 by studying T-DNA insertion lines. I found that naturally occurring NMD targets were stabilized in smg7 mutants in a translation dependent manner, indicating that their degradation via the NMD machinery was impaired. These results demonstrated that the Arabidopsis SMG7 protein has a conserved function in NMD. Additionally, smg7 mutant plants displayed two striking phenotypes. First, mutants were completely sterile. Cytological examination of the meiotic cell cycle revealed a strict arrest at the anaphase stage of the second meiotic division, indicating that SMG7 is essential for the exit from meiosis. Second, smg7 mutants display severe growth and developmental defects as well as necrotic lesions on the leaves. The latter is a typical feature of lesion mimic mutants, in which the pathogen stress response is miss-regulated. Analysis of marker molecules revealed an up-regulation of the pathogen stress response in smg7 even though the plants are not challenged with pathogens. Attenuation of the pathogen response signaling cascade in smg7 mutants by a mutation in pad4-1, rescued all the vegetative growth and developmental defects in smg7. These data showed that SMG7 is involved in the regulation of pathogen response. Finally, I compared the defects observed in smg7 with mutants of the NMD factors UPF1 and UPF3. I could not find any indication that either UPF1 or UPF3 showed an up-regulation of the pathogen response or defects in meiosis. This leads us to the conclusion that the function of SMG7 is more complex and not limited to NMD.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
NMD mRNA decay Anaphase Meiosis APC CDK Pathogen response
Schlagwörter
(Deutsch)
NMD mRNA Abbau Anaphase Meiose APC CDK Pathogenantwort
Autor*innen
Nina Riehs
Haupttitel (Englisch)
Functional characterization of the Arabidopsis SMG7 protein
Paralleltitel (Deutsch)
Funktionelle Charakterisierung des SMG7 Proteins in Arabidopsis
Publikationsjahr
2009
Umfangsangabe
VIII, 118 S. : Ill., graph. Darst.
Sprache
Englisch
Beurteiler*innen
Susan Armstrong ,
Zdravko Lorkovic
AC Nummer
AC07451943
Utheses ID
6936
Studienkennzahl
UA | 091 | 490 | |