Dokument: Structural-functional reciprocal affiliations between the phytochrome two-component signal transduction system and intra-domain cross talk in Calothrix PCC 7601

Titel:	Structural-functional reciprocal affiliations between the phytochrome two-component signal transduction system and intra-domain cross talk in Calothrix PCC 7601
Weiterer Titel:	Structural-functional reciprocal affiliations between the phytochrome two-component signal transduction system and intra-domain cross talk in Calothrix PCC 7601
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=16818
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20101206-103252-1
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Sharda, Shivani [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 6,60 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 26.11.2010 / geändert 26.11.2010
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Phytochrome (rot-, dunkelrot-detektierende biologische Photorezeptoren) finden sich sowohl in der prokaryotischen als auch in der eukaroytischen Welt. Zwei derartige Chromoproteine, CphA und CphB aus dem Cyanobakterium Tolypothrix PCC7601, wurden in dieser Promotionsarbeit untersucht. Phytochrome schalten zwischen rot- (664/704 nm, Pr Formen) und dunkelrot-absorbierenden Formen (707/750 nm, Pfr-Formen) in Abhängigkeit von Belichtungen mit entsprechenden Wellenlängen. Die Photochemie des Chromophors induziert strukturelle Änderungen des Proteins , die dann in ein physiologisches Signal übersetzt werden. Phytochrom-Apoproteine assemblieren autokatalytisch mit Phycocyanobilin oder Biliverdin IX α zu Holoproteinen, wobei je nach Protein eine Chromophorselektivität und auch eine andersartige Bindeposition im Protein vorgefunden wird. In einem systematischen Ansatz der Wachstums- und Induktionsbedingungen wurde die Expression in qualitativer und quantitativer Weise optimiert. Die Assemblierung und Aufreinigung zur Homogenität ergab voll reversible Holoproteine, die u.a. Kristallisationstests unterworfen wurden. Eine systematische Einteilung an Hand von Sequenzvergleichen und Domänen-Homologie identifizierte diese bakteriellen Phytochrome als photoaktive Unterfamilie des Zweikomponenten-Signalsystems. Entsprechend wurden verkürzte Proteine erzeugt, denen entweder die Histidinkinase oder zusätzlich auch die „PHY“ Domöne fehlte. Ein Vergleich der Bindeeigenschaften und der spektroskopischen Parameter mit den Vollängenproteine zeigte deutliche Unterschiede auf, obwohl Chromophorbindung und Photoreversibilität erhalten blieben. Die hieraus erhaltenen Ergebnisse ergaben wichtige Informationen über die für Funktion und Stabilität wichtigen Wechselwirkungen zwischen den Domänen. Thermodynamische Studien (Isotherme Calorimetrie) ergänzten die biochemischen und spektroskopischen Charakterisierungen. Diese Experimente zeigten, dass die Interaktion der Histidinkinase und des zugehörigen „response regulators“ als auch die gegenseitige Aktivierung essentiell von der Funktionsfähigkeit und Anwesenheit der lichtdetektierenden Domäne abhängig sind. In Ergänzung durchgeführte Fourier-Transform Infrarot Untersuchungen der Vollängenproteine und der Vergleich mit verwandten Proteinen ergab wichtige Informationen über strukturelle und elektronische Veränderungen, die bei der reversiblen Photokonversion auftreten. Insgesamt tragen die hier erhaltenen Ergebnisse – unter Einbeziehung vorhandener Kristallstrukturinformationen – dazu bei, die noch immer unzulänglich verstandene Funktion Signal-gebender biologischer Photorezeptoren besser zu verstehen. Phytochrome systems (red-, far red-sensing biological photoreceptors) are established throughout the prokaryotic and eukaryotic world. Such chromoproteins, CphA and CphB from the cyanobacterium Tolypothrix PCC 7601 were investigated through the thesis work presented here. Phytochromes swap between red light (664 / 704 nm, Pr-states) and far-red light (707 / 750 nm, Pfr states) absorbing forms where the photoconversion between two states (a double bond photoisomerization) is instigated by these bilin binding protein units due to irradiation with alternate light wavelengths. These two phytochromes autocatalytically form photoconvertible holo-phytochromes with phycocyanobilin and biliverdin IXα respectively, though being disparate in their chromophore specificity as well as the binding region of the bilin. The photochemistry of the chromophore in turn induces structural changes of the protein allowing it to transmit a physiologically relevant signal. Systematic quantification in terms of growth and induction conditions, yield and quality was performed for heterologously expressed proteins. Homogenously purified and reconstituted photoreversible phytochromes were subjected to crystallization trials. Cataloging of the phytochromes into discrete domains based on sequence as well as motif homology illustrated them as a light sensing subgroup of the bacterial two component signal transduction. Truncated constructs were designed lacking the histidine kinase module alone or the kinase along with the PHY module, respectively. The comparative spectrophotometric evaluation of the conformational changes of the truncated proteins proportional to full length proteins showed significant variations during assembly, nonetheless depicting photoreversibility after chromophore incorporation. The results yield valuable insights into the sub-domain interactions essential for photo-isomerization and stability. Thermodynamic profiling employing isothermal calorimetry comprehended the above biochemical characterizations of domain specific interactions. Studies ensued to divulge into the photo-receptor and cognate response regulator interactions proved that the signaling here, apparently mediated through the C-terminal histidine kinase domain of the photo-receptor, is functionally controlled by the presence of the photo-sensitive fragment. Fourier transformation infra-red spectroscopic investigations of the full length proteins and their comparison with related proteins generated information about the significant electronic modulations occurring during the reversible photo-conversion. The data of the work undertaken in the light of the known crystal structures of related proteins significantly contribute to unraveling the enigma of signaling photoreceptors.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät
Dokument erstellt am:	06.12.2010
Dateien geändert am:	26.11.2010