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Titel:Ein ERAD-abgeleiteter Präproteintranslokator in der periplastidären Membran der Chromalveolaten?
Autor:Sommer, Maik Sascha
Weitere Beteiligte: Maier, Uwe-G. (Prof. Dr.)
Veröffentlicht:2007
URI:https://archiv.ub.uni-marburg.de/diss/z2007/0129
URN: urn:nbn:de:hebis:04-z2007-01290
DOI: https://doi.org/10.17192/z2007.0129
DDC:570 Biowissenschaften, Biologie
Titel(trans.):An ERAD-derived Pre-protein Translocator in the Periplastid Membrane of Chromalveolates?
Publikationsdatum:2007-05-08
Lizenz:https://rightsstatements.org/vocab/InC-NC/1.0/

Dokument

Schlagwörter:
Chromalveolates, Der1, Chromalveolata, Protein Transport, Periplastidäre Membran, Proteintransport, ERAD, Der1, ERAD, Periplastid Membrane

Zusammenfassung:
Die sekundären Plastiden der Chromalveolaten sind von drei oder vier Hüll¬membranen umgeben. Sie lassen damit ihren (sekundär) symbiogenetischen Ursprung aus einer ehemals frei lebenden phototrophen Eucyte (einer ancestra¬len Rhodophyte) erkennen. In Cryptophyten, den Vertretern mit den ursprüng¬lichsten Plastiden dieser Gruppe, zeugt der remanente Nucleus im periplasti¬dären Kompartiment (PPC) des Symbionten, das Nucleomorph, zusätzlich von dieser Herkunft. Ein wesentlicher Bestandteil in der Etablierung der sekundären Symbiose war der Transfer von genetischem Material von den Genomen des Symbionten in das Genom des Wirtes und dessen subsequente Eliminierung am Ursprungs¬lokus. Dies jedoch setzte die Entwicklung geeigneter Mechanismen zum Reim¬port der nun nucleuscodierten Proteine voraus. Konkrete Hinweise auf die Natur dieser Mechanismen gibt es nur von der äußersten bzw. innersten der vier Hüllmembranen der Plastide. Für die weiteren Transportvorgänge der Pro¬teine, vor allem über die zweite, periplastidäre Membran (PPM), werden bislang nur alternative Modelle kontrovers diskutiert. Ausgehend von der Analyse des nucleomophcodierten Proteins Gt_ORF201 der Cryptophyte Guillardia theta, wurden eine Reihe von Faktoren identifiziert, die Homologien zu Komponenten des ER-assoziierten Degradations Systems (ERAD) aus Saccharomyces cerevisiae aufweisen, deren Kern eine Maschinerie zur Dislokation missgefalteter sekretorischer Proteine aus dem ER bildet. Dies waren u.a. Homologe zu den Membranproteinen Der1p und Hrd1p, zur ATPase Cdc48p und ein Homolog zum Cdc48-Cofaktor Ufd1p. Exemplarisch wurde ge¬zeigt, dass Gt_ORF201 funktionell ortholog zu seinem Homolog Der1p aus Hefe ist und sich in Guillardia theta in der periplastidären Membran des Symbionten befindet. Durch eingehende Datenbank Analysen bereits vollständig sequenzierter Chromalveolatengenome (u.a. von Phaeodactylum tricornutum, Plasmodium fal¬ciparum) wurde eine Konservation der identifizierten symbiontspezifischen Fak¬toren (hier im Nucleus als Präprotein mit PPC/PPM-relevanter Zielsteuerungs¬sequenz codiert) innerhalb der Gruppe der Chromalveolaten gezeigt. Da das symbiontische "ERAD-System" in allen untersuchten Organismen parallel zur ERAD-Maschinerie des Wirtes existiert, und die homologen Fak¬toren in Saccharomyces cerevisiae vornehmlich an den prädegradativen Prozes¬sen der Substratdislokation aus dem ER beteiligt sind, wurde für die symbion¬tischen Faktoren eine neue, ERAD-unabhängige Funktion beim Transport nuc¬leuscodierter (peri-) plastidärer Präproteine über die PPM postuliert. Basierend auf den Prinzipien der Substratdislokation in ERAD wurde in dieser Arbeit erstmalig ein experimentell nachprüfbares Modell für den Präpro¬teinimport an der periplastidären Membran erarbeitet.

Summary:
Secondary plastids of chromalveolates are, in most cases, bound by four surrounding membranes, hence revealing their (secondary) symbiogenetic origin from an engulfed formerly free-living, phototrophic eukaryote (an ancestral rhodophyte). In the cryptophytes, which possess the most primordial plastids of this group, the nucleomorph (a remnant of the rhodophytic nucleus) bears additional witness to this process. One major task in establishing secondary symbiosis was the massive transfer of genetic material from the symbionts' genomes to the host nucleus. This was subsequently followed by a loss of the original loci, and accounted ex ante for the evolution of adequate mechanisms for a re-import of the encoded proteins. Present models merely explain the transport processes at the outermost and innermost of the four membranes (see above). The underling mechanisms at the remaining membranes, especially the second outermost (the periplastid membrane, PPM) continue to be elusive. Starting with Gt_ORF201 (homolog to Der1p) from the model cryptophyte Guillardia theta, a number of nucleomorph-encoded factors were identified with homology to components of the ER-associated degradation system (ERAD) from Saccharomyces cerevisiae, the core of which composes a machinery for the elimination (dislocation) of misfolded proteins from the ER and their subsequental degradation at the proteasome. These were complimented by nucleomorph-encoded homologues of Hrd1p (Gt_ORF477), the AAA-ATPase Cdc48p (Gt_sCdc48) and its cofactor Ufd1p (Gt_sUfd1). Exemplarily, ORF201 was shown to be a functional ortholog to Der1p, most likely located in the periplastid membrane of Guillardia theta. In exhaustive genome analyses of previously sequenced chromalveolates (amongst others the genomes of the heterokont Phaeodactylum tricornutum and the apicomplexan human pathogen Plasmodium falciparum), a conservation of the identified symbiont-specific factors was shown (as being nuclear-encoded pre-proteins with functional symbiont-specific targeting signals in these cases). Considering that the symbiont-specific "ERAD"-factors exist in parallel to the host-specific ERAD-machinery in all investigated organisms for protein degradation, and that these factors are exclusively associated with the pre-degradative dislocation of ERAD-substrates from the ER, a novel ERAD-independent role is suggested: The import of nucleus-encoded symbiont- and plastid-localised proteins through the periplastid membrane of four-membrane bound plastids of chromalveolates. Based on current knowledge of ERAD associated substrate dislocation, this thesis provides the first experimentally testable mechanistic model for protein transport across the PPM.


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