Dokument: Propionat-Metabolismus in Hefen und Pflanzen
| Titel: | Propionat-Metabolismus in Hefen und Pflanzen | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=29817 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20150820-104441-2 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Englisch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | Wiese, Jan [Autor] | |||||||
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| Beitragende: | Prof. Dr. Weber, Andreas P. M. [Gutachter] Dr. Linka, Nicole [Gutachter] | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik » 580 Pflanzen (Botanik) | |||||||
| Beschreibung: | Die subzelluläre Kompartmentierung der eukaryotischen Zelle führte zur Evolution verschiedener Metabolittranslokationssysteme in den Membranen von Organellen, um die Substrat- und Energiehomöostase zu ermöglichen. Diese Dissertation trägt zum Wissen über Metabolittransfer über die peroxisomale und mitochondriale Membran bei. Die molekulare Funktion von Membranproteinen der MPV17/PMP22- Familie, wie z.B. des peroxisomalen Membranproteins 2 (Pxmp2) der Maus und des Stress-induzierbaren Hefe MPV17 Proteins 1 (Sym1p) war bisher unbekannt. Frühere Studien deuteten darauf hin, dass diese Membranproteine Metabolitkanäle bilden. Im Menschen führt der Verlust von MPV17 zu tödlichen Krankheiten, weshalb die Hefemutante des funktionellen Orthologs sym1Δ etabliert wurde, um die Funktion von MPV17 zu entschlüsseln.
Diese Arbeit zeigt, dass Sym1p in Ethanol-Medium bei 37°C für die Verfügbarkeit von Zitrat-Zyklus-Intermediaten notwendig ist (Manuskript 1). Gleichzeitig führte diese Bedingung in sym1Δ zu erhöhter Konzentration von Aminosäuren und Carboxylaten, die mitochondrial ausgehend von Pyruvat synthetisiert werden. Die Zuführung von Zitrat- oder Glyoxylat-Zyklus-Intermediaten ermöglichte das wild-typische Wachstum von sym1Δ bei 37°C. Zudem konnten wir nachweisen, dass Hefen mithilfe des 2-methylzitrat-Zyklus bei 37°C Propionat als einzige Kohlenstoffquelle nutzen können. Die Aktivität von Sym1p war notwendig, um Propionat und Methylmalonat als Kohlenstoffquelle nutzen zu können. Genetische Analysen zeigten, dass SYM1 im Zusammenhang mit dem Methylzitrat-Zyklus steht und dass der Methylzitrat-Zyklus wichtig für den Abbau von Methylmalonat ist. Wir identifizierten in S. cerevisae ein peroxisomales MPV17/PMP22 Protein, das wir aufgrund struktureller und regulativer Ähnlichkeiten Sym2p nannten. Ähnlich wie Sym1p zeigte sich auch Sym2p als notwendig für das Wachstum bei erhöhter Temperatur und hoher Konzentration von Ethanol. Die Ergebnisse erlaubten die Diskussion möglicher Transportmodi von Sym1p und Sym2p. Die physiologische Bedeutung des pflanzlichen peroxisomalen Membranproteins von 22 kDa (PMP22) zeigte sich in der Analyse von T-DNA und RNAi Mutanten (Manuskript 2). In pmp22 Mutanten war das Wachstum des Hypokotyls von Keimlingen beeinträchtigt. PMP22 war notwendig für die Aktivität der β-Oxidation von Fettsäuren und des Glyoxylat-Zyklus. Ohne PMP22 konnte die Umwandlung von Speicherfett in respiratorische Substrate und glukoneogenetische Kohlenstoffeinheiten nicht erfolgen. Vor allem während verlängerter Dunkelheit und in natürlicher Seneszenz führte die Reduzierung von PMP22 zur Beschädigung des Photosystems II. Zudem manifestierte sich in pmp22 Mutanten ein Defekt in der reproduktiven Fitness, denn pmp22 Mutanten produzierten weniger Saatgut und pmp22 Samen enthielten weniger Protein und Aminosäuren. Das Wachstum von pmp22 Linien zeigte sich sensitiv gegenüber der Präsenz verzweigtkettiger Aminosäuren, Isobutyrat und Propionat. Letztere werden mitochondrial beim Abbau verzweigtkettiger Aminosäuren freigesetzt. Die heterologe Expression von modifiziertem PMP22 in sym1Δ, das durch die Fusion mit einem mitochondrialen targeting Peptid, in die mitochondriale Membran inseriert wurde, führte zur Aufhebung des sym1Δ Wachstumsphänotyps. Dies erlaubte die Schlussfolgerung, dass PMP22 einen Metabolit-Kanal bildet. Phänotypische Übereinstimmungen mit einer Mutante im Valin-Katabolismus legte die Vermutung nahe, dass PMP22 den Export von 3-Hydroxypropionat, dem Endprodukt des peroxisomalen Propionat-Abbaus, katalysiert. Defekte im Propionyl-CoA-Abbau sind beim Menschen mit schwerwiegenden Krankheiten assoziiert. Auch in Pflanzen werden diese Moleküle beim Abbau verzweigtkettiger Aminosäuren freigesetzt. Der Abbau ist in gestressten Pflanzen wichtig, da die Reaktionen zur Reduktion des mitochondrialen Ubiquinon-pools führen und somit die mitochondriale Atmung und den Energiestoffwechsel aufrechterhalten. Diese Arbeit behandelt die Beteiligung peroxisomaler β-oxidation am Metabolismus der mitochondrial anfallenden Zwischenprodukte Propionyl-CoA sowie Isobutyryl-CoA in Arabidopsis thaliana (Manuskript 3). Dabei wird die bisher uncharakterisierte Rolle peroxisomaler β-Oxidation im Aminosäurestoffwechsel erläutert. Die Ergebnisse führten zur Entwicklung eines Modells, in dem der peroxisomale ABC-Transporter-1 (PXA1) Propionyl-CoA und Isobutyryl-CoA in die Peroxisomen importiert und der peroxisomale Adenin-Nukleotid-Transporter (PNC) benötigt wird, um C3 und C4 Monocarboxylate zu degradieren. PXA1, PNC und der peroxisomale NAD/CoA Translokator (PXN) sind wichtig im Energiestoffwechsel der verlängerten Nacht. Der Verlust dieser Aktivitäten führte zu frühzeitiger Seneszenz und verringerter reproduktiver Fitness. | |||||||
| Lizenz: |  Urheberrechtsschutz | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Biologie » Biochemie der Pflanzen | |||||||
| Dokument erstellt am: | 20.08.2015 | |||||||
| Dateien geändert am: | 20.08.2015 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 28.03.2014 | |||||||
| Datum der Promotion: | 02.06.2014 |
