Studying the targeting of frustule-associated proteins in the centric diatom Thalassiosira pseudonana

Diatomeen sind einzellige, photosynthetische Organismen von höchster ökologischer Bedeutung. Sie sind bekannt für ihre Fähigkeit, die im Wasser gelöste Kieselsäure zu nutzen, um eine Zellwand, das so genannte Frustulum, zu synthetisieren. Das Frustulum hat für jede Art eine spezifische Morphologie, und ihre Synthese ist komplex und eng mit der Zellteilung und damit mit dem Zellzyklus verwoben. Die Diatomee T. pseudonana hat eine ausgeprägte silifizierte Zellwand und war die erste Kieselalgenart, deren Genom sequenziert wurde. Seit der Publikation der Sequenz im Jahre 2004 wurden zahlreiche Studien zur Biomineralisierung unternommen, und mehrere Proteine, die an der Bildung der Zellwand beteiligt sind, wie die Silaffine und Cinguline, wurden beschrieben, charakterisiert und in vivo lokalisiert. Es wird angenommen, dass diese Proteine in den sekretorischen Weg am ER eintreten, von wo aus sie dann mittels Vesikel zum Golgi und von dort zu einem Kompartiment, das „Silica Deposition Vesicle“ genannt wird (SDV), transportiert werden. Hier werden dann Zellwand-Komponenten synthetisiert und exozytiert. In der bisher einzigen publizierten Studie über das zelluläre Targeting von Frustulum-Proteinen in T. pseudonana wurden in Silaffinen kurze Abschnitte aus Aminosäuren, so-genannte Pentalysincluster (PLC), als potenzielle Targeting-Signale für das Frustulum identifiziert. In meinen Arbeiten habe ich das Targeting von zwei Cingulin- Proteinen (CinW2 und CinY2) und einem Silaffin (Sil3) mittels verschiedener Ansätze studiert. Zunächst wurde untersucht, ob PLC- ähnliche Regionen in Cingulinen (so genannte Lysine Enriched Regions oder LER) eine ähnliche Funktion haben wie die PLC von Silaffinen. Weiterhin war von Interesse, ob es möglich ist, „Valve“- oder „Girdle Band“- Targeting-Signale zu identifizieren, mit deren Hilfe ein „Valve“-lokalisiertes Protein in die „Girdle Bands“ dirigiert werden kann und vice versa. Da zwischen Genen, die für Frustulum-assoziierte Proteine kodieren, bemerkenswerte Unterschiede in der Genexpression bestehen, wurde weiterhin untersucht, ob die Transkriptionsregulation dieser Gene das Targeting der kodierten Proteine beeinflussen kann. Parallel hierzu wurden vorläufige Ergebnisse hinsichtlich der Isolierung der Promotoren von sil3, cinW2 und cinY2 erzielt. Darüber hinaus konnten, anhand von PLC ähnlichen Regionen sowie eines neue entdeckten Motivs, bisher unbekannte Zellwandproteine identifiziert werden.