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Biological functions of OEF18 - a novel calcium binding protein located in peroxisomes and chloroplasts
Jannik van Werde
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Zentrum für Molekulare Biologie
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Molecular Biology
Betreuer*in
Markus Teige
DOI
10.25365/thesis.77020
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-14663.76509.348471-3
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Pflanzen sind unbewegliche Organismen und können daher unerwünschten Umweltbedingungen nicht entkommen. Um dennoch auf verschiedenste Stressfaktoren reagieren zu können, haben sich im Laufe der Zeit verschiedene Mechanismen entwickelt, die es ermöglichen, Signale zu erkennen und ihren Stoffwechsel entsprechend anzupassen. Eine zentrale Rolle bei der Anpassung an Umweltveränderungen spielt der Chloroplast. Als Ort der Photosynthese ist er nicht nur für die Energieproduktion entscheidend, sondern auch als Sensor und Vermittler von Stressreaktionen aktiv. Ein solcher potenzieller Sensor ist das EF-Hand-Protein OEF18 (organellares EF-Hand-Protein, 18 kDa), das von Dr. Simon Stael identifiziert und von Dr. Przemyslaw Kmiecik biochemisch charakterisiert wurde. OEF18 ist sowohl in der äußeren Chloroplastenhülle als auch in der Peroxisomenmembran lokalisiert und bindet unter physiologischen Bedingungen Kalzium-Ionen. Seine genaue biologische Funktion war bisher unbekannt. In dieser Masterarbeit konnte die Beteiligung von OEF18 an der Bildung von Chloroplasten-Stromuli in Arabidopsis thaliana unter Kontrollbedingungen nachgewiesen werden. Zudem gibt es Hinweise auf eine Rolle von Kalzium in diesem Prozess. Bei stromuleinduzierenden Bedingungen, wie der Zugabe von Saccharose, zeigte OEF18 hingegen keine Wirkung. Da die oef18/oef18l-Doppel-Knockout-Linie unter verschiedenen Stressbedingungen, welche Autophagie auslösen (wie Nährstoffmangel, starkes Licht oder Hitzestress), keinen auffälligen Phänotyp aufwies, kann eine Beteiligung von OEF18 an Chlorophagie-Prozessen weitgehend ausgeschlossen werden. Eine Rolle von OEF18 beim Abbau von transitorischer Stärke im Chloroplasten konnte ebenfalls nicht bestätigt werden, was die vorherigen Ergebnisse von Dr. Kmiecik infrage stellt, die möglicherweise auf einen Ausreißer hindeuten. Von Interesse war außerdem die potenzielle Interaktion von OEF18 mit Mikrotubuli, die Dr. Kmiecik in unvoreingenommenen Protein-Protein-Interaktionsexperimenten beobachtete. Es ist bereits bekannt, dass Mikrotubuli eine wichtige Rolle bei der Bildung von Stromuli in Nicotiana benthamiana spielen, die genaue Rolle in Arabidopsis ist jedoch noch unklar. Der gezielte Yeast-two-hybrid Test zur Untersuchung der Interaktion von OEF18 mit Mikrotubuli konnte jedoch aufgrund eines Versagens der Positivkontrolle nicht bestätigt werden. Zusammenfassend legen diese Ergebnisse nahe, dass OEF18 unter normalen Bedingungen an der Stromulibildung in A. thaliana beteiligt ist und dabei Kalzium eine unterstützende Rolle spielt. Eine direkte Beteiligung von OEF18 an Chlorophagieprozessen konnte hingegen weitgehend ausgeschlossen werden. Die Interaktion mit Mikrotubuli bleibt bisweilen unklar.
Abstract
(Englisch)
Plants are immobile organisms and cannot escape unfavorable environmental conditions. To cope with such stresses, various mechanisms have been evolved that allow them to detect environmental signals and adjust their metabolism accordingly. One of the key organelles involved in plant adaptation to environmental changes is the chloroplast. As the site of photosynthesis, chloroplasts are not only crucial for energy production but also act as sensors and mediators of stress responses. One potential sensor is the EF-hand protein OEF18 (Organellar EF-hand protein, 18 kDa), identified by Dr. Simon Stael and biochemically characterized by Dr. Przemyslaw Kmiecik. OEF18 is localized in both the outer chloroplast envelope and the membrane of peroxisomes, and it binds calcium ions under physiological conditions through its cytoplasm-facing EF-hand domain. However, its exact biological function has remained unknown. This Master’s thesis demonstrates the involvement of OEF18 in chloroplast stromule formation in Arabidopsis thaliana under normal conditions, and also highlights a role for calcium ions in this process. However, when stromule formation was induced by the addition of sucrose, OEF18 showed no effect. Moreover, the oef18/oef18l double knockout line displayed no phenotype under various stress conditions that induce autophagy, such as starvation, high light, or heat stress, thereby largely excluding a role for OEF18 in chlorophagy. Additionally, no involvement of OEF18 in the degradation of transitory starch in chloroplasts could be demonstrated, contradicting the previous findings by Dr. Kmiecik, which now appear to be outliers. The potential interaction between OEF18 and microtubules was also intriguing, as Dr. Kmiecik observed this in unbiased protein-protein interaction experiments. It is already known that microtubules play a crucial role in stromule formation in Nicotiana benthamiana. However, a targeted yeast two-hybrid assay to verify the interaction between OEF18 and microtubules was inconclusive, as the positive control, along with all other constructs, failed to grow. In summary, these data suggest that OEF18 is involved in chloroplast stromule formation in A. thaliana under normal conditions, with calcium ions playing an additional role in this process. However, OEF18 does not appear to be directly involved in chlorophagy, and its interaction with microtubules remains uncertain.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Molekular Biologie Pflanzenphysiologie
Schlagwörter
(Englisch)
Molecular biology Pflanzenphysiologie
Autor*innen
Jannik van Werde
Haupttitel (Englisch)
Biological functions of OEF18 - a novel calcium binding protein located in peroxisomes and chloroplasts
Paralleltitel (Deutsch)
Biologische Funktionen von OEF18 - einem neuartigen kalziumbindenden Protein in Peroxisomen und Chloroplasten
Publikationsjahr
2024
Umfangsangabe
81 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Markus Teige
Klassifikation
42 Biologie > 42.13 Molekularbiologie
AC Nummer
AC17363072
Utheses ID
73520
Studienkennzahl
UA | 066 | 865 | |