Dokument: FER-LIKE IRON DEFICIENCY-INDUCED TRANSCRIPTION FACTOR (FIT) activity is controlled by protein phosphorylation.

Titel:	FER-LIKE IRON DEFICIENCY-INDUCED TRANSCRIPTION FACTOR (FIT) activity is controlled by protein phosphorylation.
Weiterer Titel:	Die Aktivität des FER-LIKE IRON DEFICIENCY-INDUCED TRANSCRIPTION FACTOR (FIT) wird durch Protein-Phosphorylierung kontrolliert.
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=45782
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20190503-081940-2
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Gratz, Regina [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 10,65 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 22.04.2018 / geändert 22.04.2018
Beitragende:	Prof. Dr. Bauer, Petra [Gutachter] Prof. Dr. Weber, Andreas P. M. [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 580 Pflanzen (Botanik)
Beschreibungen:	An insufficient iron- (Fe) based nutrition accounts for severe health problems in humans. Likewise, plants may suffer from iron malnutrition. Plant Fe-deficiency can originate from inaccessible Fe pools, which are widely spread in agronomically used soils. This often leads to leaf chlorosis and poor growth, which can result in complete crop failure. Under certain conditions, however, plants tend to take up too much Fe, which then has detrimental effects on the plant’s fitness. To ensure a balanced Fe uptake and tight regulation of its transport and storage, plants have developed complex Fe uptake and homeostasis strategies. Arabidopsis thaliana, a representative of non-graminaceous plants, follows a reduction-based Fe uptake strategy (Strategy I). First, the rhizosphere is acidified in order to solubilize ferric iron (Fe3+). Subsequently, Fe3+ is chelated and reduced to ferrous iron (Fe2+), before it is imported into root epidermal cells. The master regulator for this uptake mechanism is the bHLH transcription factor FER-LIKE IRON DEFICIENCY-INDUCED TRANSCRIPTION FACTOR (FIT). FIT itself is regulated on transcriptional and post-transcriptional levels and is divided into two pools of active and inactive FIT forms. It remained an open question, which molecular mark defines and controls the activity status of FIT. This work has contributed to the elucidation of phosphorylation-mediated regulation of FIT activity. First, based on a protein interaction screen, CBL-INTERACTING PROTEIN KINASE 11 (CIPK11) was identified as a novel FIT interactor. Fe-deficiency generated a cytosolic Ca2+ signature, potentially perceived by the Ca2+ sensors CBL1/CBL9. We propose that CBL- mediated activation of CIPK11 serves to transduce the Fe-deficiency signal to downstream transcriptional processes. This is mediated via CIPK11-dependant FIT phosphorylation. We found that Ser272 phosphorylation is a prerequisite for FIT activation. Further, we analyzed the activity of several FIT phospho-mimicking and non-phosphorylatable FIT mutants in different cellular assays. In this phospho-mutant activity screening, we identified several novel, possible phosphorylation target sites in FIT. We suggest a model, in which FIT activity might be differentially regulated upon phosphorylation. Possible serine phosphorylation might contribute to FIT activity, while tyrosine phosphorylation might have an inhibiting effect. These novel findings contribute to the elucidation of FIT regulation and improved understanding of Fe stress signaling. Eine unzureichend eisenhaltige Ernährung kann zu schwerwiegenden gesundheitlichen Problemen bei Menschen führen. Gleichermaßen können Pflanzen unter Eisenmangelernährung leiden. Die Eisenunterversorgung bei Pflanzen kann von unzugänglichen Eisenvorkommen herrühren, die in landwirtschaftlich genutzten Böden weit verbreitet sind. Dies führt oft zu Blattchlorosen und schlechtem Wachstum, was zu Missernten führen kann. Unter bestimmten Bedingungen neigen Pflanzen dazu, zu viel Eisen aufzunehmen, was sich nachteilig auf deren Fitness auswirkt. Um eine ausgewogene Eisenaufnahme und eine strikte Regulation von Transport und Speicherung zu gewährleisten, haben Pflanzen komplexe Eisenaufnahme- und Eisenhomöostase-Strategien entwickelt. Arabidopsis thaliana, ein Vertreter der nicht-grasartigen Pflanzen, verfolgt eine reduktionsbasierte Eisenaufnahmestrategie (Strategie I). Zunächst wird die Rhizosphäre angesäuert, um dreiwertiges Eisen (Fe3+) zu lösen. Anschließend wird Fe3+ komplexiert und zu zweiwertigem Eisen (Fe2+) reduziert, bevor es in epidermale Wurzelzellen importiert wird. Der Hauptregulator für diesen Aufnahmemechanismus ist der bHLH-Transkriptionsfaktor FER-LIKE IRON DEFICIENCY-INDUCED TRANSCRIPTION FACTOR (FIT). FIT selbst ist auf transkriptionaler und post-transkriptionaler Ebene reguliert und liegt in zwei verschiedenen Formen vor, einer aktiven und einer inaktiven. Es war lange unbekannt, welches molekulare Signal den Aktivitätsstatus von FIT festlegt und kontrolliert. Diese Arbeit hat zur Aufklärung der phosphorylierungsbasierten Regulation der FIT-Aktivität beigetragen. Zuerst wurde, basierend auf einer Protein-Interaktionsstudie, CBL- INTERACTING PROTEIN KINASE 11 (CIPK11) als neuer Interaktionspartner von FIT identifiziert. Eisenmangel erzeugte eine zytosolische Ca2+-Signatur, die wahrscheinlich von den Ca2+-Sensoren CBL1/CBL9 wahrgenommen wird. Wir vermuten, dass die CBL-basierte CIPK11-Aktivierung der Übermittlung des Eisenmangel-Signals auf nachfolgende Transkriptionsprozesse dient. Dies wird über eine CIPK11-abhängige FIT-Phosphorylierung vermittelt. Wir konnten zeigen, dass eine Phosphorylierung von Ser272 eine Voraussetzung für die Aktivierung von FIT ist. Zudem haben wir in verschiedenen Untersuchungen die Aktivität von mehreren phosphorylierungsimitierenden und nicht phosphorylierbaren FIT-Mutanten analysiert. Innerhalb dieser Phospho-Mutanten-Aktivitätsuntersuchung konnten wir mehrere neue, potentielle Phosphorylierungsstellen von FIT identifizieren. Daher schlagen wir ein neues Modell vor, in welchem die Aktivität von FIT durch potentielle Phosphorylierung differenziell reguliert ist. Die mögliche Phosphorylierung von Serinen könnte somit zur Aktivität von FIT beitragen, während die Phosphorylierung von Tyrosinen möglicherweise einen inhibierenden Effekt hat. Diese neuen Ergebnisse tragen zur Aufklärung der FIT-Regulation und somit zur Verbesserung des Verständnisses der Eisenstress-Signalübermittlung bei.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät
Dokument erstellt am:	03.05.2019
Dateien geändert am:	03.05.2019
Promotionsantrag am:	05.02.2018
Datum der Promotion:	29.03.2018