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Titel:Strukturelle Basis signalinduzierter Änderungen in Phytochrom B sowie der Phytochrom-assoziierten Proteinphosphatase PAPP5
Autor:Horsten, Silke von
Weitere Beteiligte: Essen, Lars-Oliver (Prof. Dr.)
Veröffentlicht:2016
URI:https://archiv.ub.uni-marburg.de/diss/z2017/0078
URN: urn:nbn:de:hebis:04-z2017-00789
DOI: https://doi.org/10.17192/z2017.0078
DDC: Chemie
Titel(trans.):Structural basis for signal-induced changes in phytochrome B as well as in the phytochrome-associated protein phosphatase PAPP5
Publikationsdatum:2017-02-17
Lizenz:https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0

Dokument

Schlagwörter:
Phosphatase, Phytochrome, Phytochrom, Structure, Phosphatase, Struktur

Zusammenfassung:
Pflanzen haben auf Grund ihrer sessilen Lebensweise im Laufe der Evolution komplexe Mechanismen entwickelt, um ihr Überleben zu sichern. Speziell Licht ist sowohl für die Photosynthese als auch die Aufnahme von Informationen über die Umgebung essentiell. Hierfür haben Pflanzen verschiedene Photorezeptoren ent-wickelt, von denen die Phytochrome die am besten charakterisierten Vertreter darstellen. Durch die Absorption von rotem Licht findet eine reversible Umwandlung des Grundzustandes Pr (engl.: Red) in die in Pflanzen aktive Form Pfr (engl.: Far-red) statt. Für Pflanzen konnte bislang nur eine Kristallstruktur im Pr Zustand von Phytochrom B erhalten werden. Diese Arbeit bietet eine detaillierte Analyse der konformationellen Änderungen des photosensorischen Moduls von Arabidopsis thaliana (At) PhyB zwischen der Pr und der Pfr Form durch Wasserstoff-Deuterium-Austausch Messungen. Des Weiteren konnten ein Einfluss der N-terminalen Erweiterung (NTE) auf den Chromophor nachgewiesen werden und mithilfe der Vermessung einer Deletionsvariante ohne NTE mittels Wasserstoff-Deuterium-Austausch erstmals ein Packungsmodell für die N-terminale Erweiterung von PhyB entwickelt werden. Weiterhin konnte die Struktur einer mit Phytochromen interagierende Phosphatase, PAPP5, gelöst und die Interaktion mit dem NTE von PhyB nachgewiesen werden. Die Struktur von PAPP5 zeigt eine Autoinhibition durch die N-terminale TPR Domäne so-wie das C-terminale inhibierende Motiv. Hierbei konnten die verantwortlichen Reste in der TPR Domäne und in dem C-terminalen Motivs identifiziert werden. CD-spek-troskopische Messungen und Wasserstoff-Deuterium-Austausch-Experimente liefer-ten Daten zur Entwicklung eines Modells der PAPP5-Aktivierung durch Fettsäuren. Ein weiterer Aspekt dieser Arbeit bestand darin ein Hybridsystem zu entwickeln, das einen einfacheren Zugang zur biophysikalischen Analyse pflanzlicher Phytochrome ermöglicht. Hierfür wurden die PAS und GAF Domäne des cyanobakteriellen Phytochroms SynCph1 mit der PHY Domäne aus PhyB fusioniert. Zwar zeigte das Hybrid keine vollständige Photokonversion, dennoch war es in der Lage eine lichtabhängige Wechselwirkung mit der Phosphatase PAPP2c einzugehen.

Summary:
In the course of evolution plants have evolved complex mechanisms to ensure their survival as sessile organisms. Especially light plays a key role for autotrophic organisms because it is not only essential for photosynthesis, but also provides informations about the environment and the day/night rhythm. To sense these informations, plants have developed different photoreceptors, among them phytochromes are the best characterized ones. The absorption of red light results in a reversible transformation of the ground state Pr (Red) into the plant-active form Pfr (Far-red). For plants, only a crystal structure of phytochrome B in its Pr state exists. This work provides a detailed analysis of the conformational changes of the photosensory module of Arabidopsis thaliana (At) PhyB between the Pr and the Pfr form by hydrogen-deuterium exchange (HDX) measurements. Furthermore, an influence of the N-terminal extension (NTE) on the chromophore could be detected. For the first time, a packing model for the NTE of PhyB was developed by means of the HDX of a deletion variant without NTE. Furthermore, the structure of a phosphatase, PAPP5, interacting with phytochromes was solved and the interaction with the NTE of PhyB could be demonstrated. The structure of PAPP5 showed autoinhibition by the N-terminal TPR domain and a C-terminal motif. The responsible residues could be identified in the TPR domain and in the C-terminal motif. CD-spectroscopic measurements and hydrogen deuterium exchange experiments provided data on the development of a model of PAPP5-fatty acid activation. Another aspect of this work was to develop a hybrid system that allows easier access biophysical studies on plant phytochromes. For this purpose, the PAS and GAF domains of the cyanobacterial phytochrome SynCph1 were fused with that of the PHY domain from AtPhyB. Although, the hybrid lacked complete photoconversion, it was able to interact with the phosphatase PAPP2c in a light-dependent manner.


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