Charakterisierung eines minimierten eukaryoten Cytoplasmas - das periplastidäre Kompartiment der Diatomee Phaeodactylum tricornutum
Moog, Daniel
Diatomeen besitzen zwei divergente eukaryote Cytoplasmen: (i) das Cytosol der Wirtszelle, und (ii) das periplastidäre Kompartiment (PPC), welches das reduzierte Cytoplasma eines rhodophytischen Endosymbionten (komplexe Plastide) darstellt. Letzteres findet sich bei einer Vielzahl ökologisch höchst relevanter Mikroalgen und pathogener Protisten (Apicomplexa), welche komplexe Plastiden mit vier Hüllmembranen besitzen. Über die Proteinzusammensetzung und Funktion des PPC war bisher nur wenig bekannt. Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Proteinkomposition des PPC der Diatomee Phaeodactylum tricornutum über einen kombinierten in silico/in vivo Ansatz untersucht. PPC-Kandidaten wurden dabei anhand der Präsenz spezifischer N-terminaler Zielsteuerungssequenzen genomisch identifiziert und über die Expression von eGFP-Fusionsproteinen auf ihre subzelluläre Lokalisation untersucht. Insgesamt konnten dadurch in dieser Arbeit 29 neue PPC-Proteine detektiert werden, welche sowohl bereits bekannte Funktionen im PPC, wie Proteintransport (SELMA), Proteinfaltung und Metabolismus, ergänzen, als auch auf bisher unbekannte putative Prozesse im PPC hindeuten. Insbesondere sind dabei Proteolyse und Degradation, Plastidenteilung, Lipidtransfer und eine potentielle strukturelle Organisation zu nennen. In gleichem Maße relevant sind Prozesse, die im Zuge bioinformatischer Analysen nicht im PPC der Diatomee detektiert werden konnten, was für klassische eukaryote Cytoskelett- und Vesikelkomponenten, sowie typische Signaltransduktionsfaktoren zutrifft. Die Ergebnisse dieser Arbeit legen nahe, dass es sich beim PPC von P. tricornutum um ein auf natürliche Weise minimiertes eukaryotes Cytoplasma mit stark begrenzten metabolischen und zellulären Kapazitäten handelt, welches mit einem autonomen eukaryoten Cytoplasma nur wenige Gemeinsamkeiten aufweist und dessen Funktion höchstwahrscheinlich vor allem der Selbsterhaltung und Homöostase der ehemals primären Plastide dient.
Ein weiteres Thema dieser Arbeit beschäftigte sich mit der Identifizierung und Lokalisation von Metabolittranslokatoren in P. tricornutum, die eine Verbindung zwischen den Stoffwechselprozessen von Wirt und Symbiont ermöglichen. Dabei gelang es mittels in silico Analysen und anschließenden in vivo GFP-Lokalisationsstudien mehrere putative Triosephosphat/Phosphat Translokatoren in den Membranen der komplexen Plastide von P. tricornutum nachzuweisen. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass diese, möglicherweise durch den Transport von Triosephosphaten, eine metabolische Kommunikation zwischen Wirt und Symbiont gewährleisten könnten.
Philipps-Universität Marburg
Life sciences
https://doi.org/10.17192/z2013.0057
opus:4663
urn:nbn:de:hebis:04-z2013-00579
Charakterisierung eines minimierten eukaryoten Cytoplasmas - das periplastidäre Kompartiment der Diatomee Phaeodactylum tricornutum
https://doi.org/10.17192/z2013.0057
Proteintransport
Phaeodactylum tricornutum
Proteomanalyse
Characterization of a minimized eukaryotic cytoplasm - the periplastidal compartment of the diatom Phaeodactylum tricornutum
Algen
minimized cytoplasm
monograph
2012
minimiertes Cytoplasma
opus:4663
Diatoms maintain two evolutionary different cytoplasms: (i) the cytosol of the host cell and (ii) the periplastidal compartment (PPC), which resembles the reduced cytoplasm of a red algal endosymbiont (complex plastid). The PPC is present in a multitude of ecological highly relevant microalgae and pathogenic protists (Apicomplexa) that contain complex plastids surrounded by four membranes. Knowledge about the protein composition and function of the PPC as yet was only sparse. Therefore in this study the protein composition of the PPC of the diatom Phaeodactylum tricornutum was analyzed using a combined in silico/in vivo approach. PPC candidates were identified in the genome by means of specific N-terminal targeting sequences followed by expression of eGFP fusion proteins to investigate their subcellular localizations. This screen resulted in the identification of a total of 29 new PPC proteins, including further proteins for already known functions like protein transport (SELMA), protein folding and metabolism, as well as factors indicating new functions in the PPC. These cover protein degradation and processing, plastid division, lipid transfer and a potential structural organization. Equally important were processes genomically not detectable in the PPC, which was true for typical eukaryotic vesicular and cytoskeleton components as well as proteins for classical signal transduction. The results of this work indicate that the PPC is a naturally minimized eukaryotic cytoplasm with reduced metabolic and cellular capacities showing less similarity to an autonomous eukaryotic cytoplasm. Furthermore the results suggest that the PPC is mainly involved in maintenance of the former primary plastid and its own integrity.
A further topic of this study dealt with the identification and localization of metabolite translocators that might generate a link between metabolic symbiont and host pathways. A combination of in silico analyses and in vivo localization studies succeeded in detection of several putative triosephosphate/phosphate translocators in the membranes of the complex plastid of P. tricornutum. The results indicate that these proteins could facilitate a metabolic communication of host and symbiont, possibly by transport of triosephosphates.
Fachbereich Biologie
complex plastid
Life sciences
Biowissenschaften, Biologie
urn:nbn:de:hebis:04-z2013-00579
Publikationsserver der Universitätsbibliothek Marburg
Universitätsbibliothek Marburg
periplastidal compartment
Biologie
Diatomeen besitzen zwei divergente eukaryote Cytoplasmen: (i) das Cytosol der Wirtszelle, und (ii) das periplastidäre Kompartiment (PPC), welches das reduzierte Cytoplasma eines rhodophytischen Endosymbionten (komplexe Plastide) darstellt. Letzteres findet sich bei einer Vielzahl ökologisch höchst relevanter Mikroalgen und pathogener Protisten (Apicomplexa), welche komplexe Plastiden mit vier Hüllmembranen besitzen. Über die Proteinzusammensetzung und Funktion des PPC war bisher nur wenig bekannt. Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Proteinkomposition des PPC der Diatomee Phaeodactylum tricornutum über einen kombinierten in silico/in vivo Ansatz untersucht. PPC-Kandidaten wurden dabei anhand der Präsenz spezifischer N-terminaler Zielsteuerungssequenzen genomisch identifiziert und über die Expression von eGFP-Fusionsproteinen auf ihre subzelluläre Lokalisation untersucht. Insgesamt konnten dadurch in dieser Arbeit 29 neue PPC-Proteine detektiert werden, welche sowohl bereits bekannte Funktionen im PPC, wie Proteintransport (SELMA), Proteinfaltung und Metabolismus, ergänzen, als auch auf bisher unbekannte putative Prozesse im PPC hindeuten. Insbesondere sind dabei Proteolyse und Degradation, Plastidenteilung, Lipidtransfer und eine potentielle strukturelle Organisation zu nennen. In gleichem Maße relevant sind Prozesse, die im Zuge bioinformatischer Analysen nicht im PPC der Diatomee detektiert werden konnten, was für klassische eukaryote Cytoskelett- und Vesikelkomponenten, sowie typische Signaltransduktionsfaktoren zutrifft. Die Ergebnisse dieser Arbeit legen nahe, dass es sich beim PPC von P. tricornutum um ein auf natürliche Weise minimiertes eukaryotes Cytoplasma mit stark begrenzten metabolischen und zellulären Kapazitäten handelt, welches mit einem autonomen eukaryoten Cytoplasma nur wenige Gemeinsamkeiten aufweist und dessen Funktion höchstwahrscheinlich vor allem der Selbsterhaltung und Homöostase der ehemals primären Plastide dient.
Ein weiteres Thema dieser Arbeit beschäftigte sich mit der Identifizierung und Lokalisation von Metabolittranslokatoren in P. tricornutum, die eine Verbindung zwischen den Stoffwechselprozessen von Wirt und Symbiont ermöglichen. Dabei gelang es mittels in silico Analysen und anschließenden in vivo GFP-Lokalisationsstudien mehrere putative Triosephosphat/Phosphat Translokatoren in den Membranen der komplexen Plastide von P. tricornutum nachzuweisen. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass diese, möglicherweise durch den Transport von Triosephosphaten, eine metabolische Kommunikation zwischen Wirt und Symbiont gewährleisten könnten.
diatom
Evolution
2013-01-29
2012-12-21
red algal endosymbiont
application/pdf
Philipps-Universität Marburg
2013-03-26
doctoralThesis
Plastide
https://archiv.ub.uni-marburg.de/diss/z2013/0057/cover.png
Phosphattranslokator
periplastidäres Kompartiment
komplexe Plastide
German
Moog, Daniel
Moog
Daniel
endosymbiosis
ths
Prof. Dr.
Maier
Uwe
Maier, Uwe (Prof. Dr.)
Endosymbiose
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