Dokument: Pseudomonadaceae "short" LOV Proteine - Struktur, Funktion und physiologische Rolle
| Titel: | Pseudomonadaceae "short" LOV Proteine - Struktur, Funktion und physiologische Rolle | |||||||
| Weiterer Titel: | Pseudomonadaceae “short” LOV proteins - structure, function and physiological role | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=26533 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20130903-112843-4 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Englisch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | Jentzsch, Katrin [Autor] | |||||||
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| Beitragende: | Prof. Dr. Jaeger, Karl-Erich [Gutachter] PD Dr. Pohl, Martina [Gutachter] | |||||||
| Stichwörter: | LOV Proteins | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik » 540 Chemie | |||||||
| Beschreibungen: | Light, Oxygen, Voltage (LOV)-Domänen wurden erstmals 1998 von Briggs und Mitarbeitern als die Blaulicht-sensitiven Flavin-bindenden Signalmodule pflanzlicher Phototropine identifiziert. Als solche kontrollieren sie alle lichtabhängigen Bewegungsreaktionen von Pflanzen (Phototropismus) sowie andere Blaulicht-abhängige Phänomene, wie die Chloroplastenbewegung oder das Öffnen der Spaltöffnungen der Blätter. Erst Jahre später wurden homologe Photorezeptorproteine auch in vielen phototrophen und chemotrophen Prokaryoten entdeckt. Mechanistisch beruht die Sensorfunktion der LOV-Domäne auf der Blaulicht-getriebenen Ausbildung einer kovalenten Bindung zwischen dem 4a-Kohlenstoffatom des Flavin-Isoalloxazinrings und einem konservierten Cystein-Rest in der LOV-Domäne. Im Dunkeln wird diese Bindung thermisch gebrochen. Dieser Vorgang kann, abhängig vom LOV-Protein, zwischen Sekunden bis hin zu mehreren Stunden dauern. In der vorliegenden Arbeit wurden i) zwei sich sehr ähnliche LOV-Proteine aus Pseudomonas putida KT2440, welche beide über keine angeschlossene Effektordomäne verfügen, untersucht. Beide Proteine zeigen zudem drastisch unterschiedliche Dunkelrückkehrkinetiken. Eine im Rahmen dieser Arbeit durchgeführte Mutagenesestudie legt nahe, dass im Signalzustand des jeweiligen LOV-Proteins stabilisierende/destabilisierende Wechselwirkungen zwischen der Phosphatgruppe des Flavinmononukleotid-Chromophors und geladenen Aminosäureresten des Proteins ausgebildet werden, welche die Dunkelrückkehr maßgeblich beeinflussen. Diese Hypothese wird des Weiteren durch ii) transiente absorptionsspektroskopische Untersuchungen sowie durch die kürzlich veröffentliche Kristallstruktur des Lichtzustandes von PpSB1-LOV unterstützt. Die Struktur von PpSB1-LOV, zusammen mit einer ergänzenden phylogenetischen Studie, unterstreicht zudem eine gemeinsame Herkunft von bakteriellen LOV-Photorezeptoren und Per-ARNT-Sim (PAS) Chemorezeptoren. iii) Außerdem wurden fünf weitere ausgewählte Proteine der Pseudomonadaceae „short“-LOV Proteinfamilie kloniert, gereinigt und bezüglich ihrer Photochemie und Dunkelrückkehr charakterisiert. Diese Untersuchungen deuten auf eine Konservierung unterschiedlicher Dunkelrückkehrkinetiken in verschiedenen Pseudomonaden hin. iv) Zudem legen die in dieser Arbeit vorgestellten Untersuchungen eine Beteiligung des PpSB1-LOV Photorezeptors an einer Reihe durch Eisen-Limitierung hervorgerufener physiologischer Antworten wie Wachstum, Beweglichkeit und Produktion des Eisenchelators Pyoverdin nahe. Zusammenfassend werfen die in dieser Arbeit vorgestellten und diskutierten Daten und Ergebnisse ein neues/erweitertes Licht auf den Zusammenhang von Struktur, Funktion und physiologischer Rolle einer hochkonservierten Familie von proteobakteriellen LOV-Photorezeptoren.Light, oxygen, voltage (LOV) domains were firstly identified in 1998 by Briggs and co-workers as the blue-light sensitive flavin-binding signaling modules of plant phototropins (phots). Phots control plant photomovement responses and other blue-light dependent phenomena such as chloroplast relocation as well as leaf and stomata opening. More recently, homologous photoreceptor proteins were discovered in a variety of phototrophic and chemotrophic prokaryotes. The LOV domain sensory function hereby strictly depends on the blue-light initiated formation of a covalent bond between the 4a carbon atom of the flavin isoalloxazine ring and a closely positioned conserved cysteine residue in the LOV domain. In the dark this bond is broken within seconds to hours, depending on the LOV protein. In the presented thesis i) two paralogous LOV proteins from Pseudomonas putida KT2440 were studied. Both proteins lack a fused effector domain and show drastically different dark recovery kinetics. The presented mutational study suggests a mechanism for the dark recovery process involving stabilization/destabilization of the signaling (adduct) state of the respective protein via distal amino acid residues surrounding the FMN-phosphate. ii) Microsecond transient absorption measurements, homology modeling, as well as the recently published light-state structure of PpSB1-LOV further corroborate this hypothesis. The overall structural arrangement of PpSB1-LOV, together with a complementary phylogenetic analysis, highlights a common ancestry of bacterial LOV photoreceptors and Per-ARNT-Sim (PAS) chemosensors. iii) Additionally, five selected proteins of the Pseudomonadaceae “short”-LOV protein family were cloned, expressed, purified and characterized with respect to their photochemistry and dark recovery. The presented data reveal the j of fast and slow-reverting “short” LOV proteins, which points toward conserved blue-light dependent physiological functions in the respective organisms. iv) In light of those findings a physiological study was conducted using P. putida KT2440 and a mutant strain in which the PpSB1-LOV encoding gene was disrupted. The presented data hints at the involvement of the PpSB1-LOV photoreceptor in a set of iron-starvation dependent physiological responses, such as growth, motility and production of the iron-scavenger pyoverdin. In conclusion, the in this thesis presented data shed new light on the structure, function and physiological role of a highly conserved family of proteobacterial LOV photoreceptors and thus broadens our understanding of the LOV signaling paradigm. | |||||||
| Lizenz: |  Urheberrechtsschutz | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät | |||||||
| Dokument erstellt am: | 03.09.2013 | |||||||
| Dateien geändert am: | 03.09.2013 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 18.12.2012 | |||||||
| Datum der Promotion: | 28.01.2013 |
