Lokalisierung und Charakterisierung der AAA+-Proteine AFG1L2 und AFG1L1 aus Arabidopsis thaliana

Fuchs, Monika (2012): Lokalisierung und Charakterisierung der AAA+-Proteine AFG1L2 und AFG1L1 aus Arabidopsis thaliana. Dissertation, LMU München: Fakultät für Biologie

Abstract

Das Kalzium Signalnetzwerk ist ein wichtiger Übermittler von internen und externen Reizen in der Pflanze. Diese Signale werden unter anderem durch Calmodulin und calmodulin ähnlichen Proteine an verschiedene Effektorproteine weitergeleitet. AFG1L2 (AFG1 like Protein 2) wurde in dieser Arbeit als calmodulin bindendes Proteine aus der Familie der AAA+ Proteine (ATPasen associated with various cellular activities) identifiziert. Mit Hilfe von GFP Fusionskonstrukten konnte die in vivo Lokalisierung von AFG1L2 in Mitochondrien gezeigt werden, und die duale Lokalisierung des bereits zuvor beschriebenen Homologs AFG1L1 in Chloroplasten und Mitochondrien bestätigt werden. Die Bindung von Calmodulin erfolgt bei AFG1L2 kalziumabhängig und die Calmodulin Bindedomäne befindet sich homolog zu AFG1L1 nahe dem für die ATP Hydrolyse essenziellen Walker A Motiv in der AAA Domäne. Es konnte gezeigt werden, dass ADP die Interaktion von AFG1L2 und Calmodulin verstärkt. Das weist auf einen inhibierenden Effekt von Calmodulin hin, da die Nucleotid Bindetasche besetzt bleibt und keine erneute ATP Hydrolyse stattfinden kann. Neben den konservierten Motiven haben AAA+ Proteine die Bildung von Oligomeren, meist Hexameren gemeinsam. In der Regel ist der Komplex die hydrolytisch aktive Form. Es konnte gezeigt werden, dass AFG1L2 prinzipiell in der Lage ist Oligomere zu bilden, aber dass das Vorliegen als Komplex wahrscheinlich nicht für die Hydrolyse von ATP erforderlich ist. Um die Funktion von AFG1L1 und AFG1L2 in der Pflanze zu bestimmen, wurden afg1l1 und afg1l2 Mutanten untersucht. Diese zeigten aber unter den normalen Bedingungen keinen Phänotyp. Auch eine im Zuge dieser Arbeit generierte afg1l1/afg1l2 Doppel Mutante wies unter Standart-Bedingungen keine Beeinträchtigungen im Wachstum auf. Analysen der Expression der Proteine legen nahe, dass AFG1L1 und AFG1L2 unter Gewächshaus Bedingungen einander nicht substituieren. DNA Microarray Daten lassen jedoch auf eine Beteiligung von AFG1L1 an der Stress Toleranz gegen Salz und Hyper-Osmolarität schließen.

Abstract

The calcium-signaling network is an important transducer of internal and external stimuli in plants. These signals are transduced by a divers set of calcium-sensors such as calmodulin and calmodulin like proteins. In this work, AFG1L2 (AFG1 like protein 2) was characterized as a calmodulin binding protein that belongs to the family of AAA+ proteins (ATPases associated with various cellular activities). Using GFP fusion constructs it was possible to determine the in vivo localization of AFG1L2 in mitochondria and also to confirm the dual localization of a previously described homologe, AFG1L1, to mitochondria and chloroplasts. The interaction between AFG1L2 and calmodulin is calcium dependent and the calmodulin binding site of the AFG1L2 protein is in the AAA domain at a site homologous to the AFG1L1 protein, in very close proximity to the Walker A Motif, which is essential for ATP hydrolysis. It could be shown that ATP and ADP intensify the interaction between AFG1L2 and calmodulin. AAA-proteins are not only described by their conserved motifs but also tend to form oligomers, often hexameres. Usually, only the complex form is the hydrolytically active form. It was shown that AFG1L2 basically is able to form oligomers but the AFG1L2 monomer seems to be able to hydrolyze ATP. To determine the function of AFG1L1 and AFG1L2 in plants afg1l1 and afg1l2 mutant plants of Arabidopsis thaliana were analysed. Those mutant plants did not show any visible phenotype under normal growth conditions. Therefore a afg1l1/afg1l2 double mutant was generated but it also showed no visible phenotype. Analyses of the expression profile of AFG1L1 and AFG1L2 suggest that both proteins do not substitute for each other under non-stress conditions. But DNA Microarray data propose an involvement of AFG1L1 in salt stress tolerance or in tolerance against hyper-osmolarity.

• Dokumententyp: Dissertationen (Dissertation, LMU München)
• Themengebiete: 500 Naturwissenschaften und Mathematik ; 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 570 Biowissenschaften, Biologie
• Fakultäten: Fakultät für Biologie
• Sprache der Hochschulschrift: Deutsch
• Datum der mündlichen Prüfung: 14. Dezember 2012
• 1. Bericht­erstatter:in: Vothknecht, Ute C.