Dokument: Role of the plasma membrane-associated SEC14-like phosphatidylinositol transfer protein PATELLIN 2 in the dynamic regulation of iron acquisition in Arabidopsis thaliana

Titel:	Role of the plasma membrane-associated SEC14-like phosphatidylinositol transfer protein PATELLIN 2 in the dynamic regulation of iron acquisition in Arabidopsis thaliana
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=52330
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20220302-092730-4
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Montag, Karolin [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 12,09 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 19.02.2020 / geändert 19.02.2020
Beitragende:	Prof. Dr. Bauer, Petra [Gutachter] Prof. Dr. Groth, Georg [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 580 Pflanzen (Botanik)
Beschreibungen:	Obwohl Eisen ein essentieller Micronährstoff für Arabidopsis thaliana (Arabidopsis) ist , führt eine Anreicherung zum Tod der Pflanze. Die Kontrolle der Aktivität von IRON-REGULATED TRANSPORTER 1 (IRT1), dem wichtigsten Eisenimporter in Wurzeln von Arabidopsis, ist daher essentiell, um einen ausreichenden, aber ungiftigen Eisenvorrat bereitzustellen. Die Aktivität von IRT1 wird sowohl auf der Ebene der Transkription als auch auf Proteinebene reguliert. Auf der Proteinebene wird die IRT1 Aktivität durch Protein-Protein-Interaktionen und Membranbewegungen kontrolliert. In dieser Arbeit wird das SEC14-GOLD Protein PATELLIN 2 (PATL2) als ein IRT1-Interaktionspartner präsentiert. SEC14-GOLD Proteine sind Mitglieder der SEC14-ähnlichen Phosphatidylinositol Transferprotein (SEC14L-PITP) Familie. Diese übernehmen regulatorische Aufgaben in Bezug auf Membranidentität und Membranbewegungen innerhalb der Zelle, da sie die Eigenschaft besitzen lipophile Substanzen zu erkennen, zu transportieren und zwischen Membranen auszutauschen. Höhere Pflanzen, wie Arabidopsis, weisen eine große Anzahl an SEC14L-PITPs auf. Viele dieser SEC14L-PITPs haben außerdem mehrere Domänen. Besonders SEC14-GOLD Proteine werden mit Pflanzenentwicklung, Zellteilung und der Reaktion der Pflanze auf Stress in Zusammenhang gebracht. Die genaue Aufgabe ihrer verschiedenen Domänen ist bis heute nicht genau untersucht. Diese Arbeit soll dazu beitragen die Evolution von SEC14L-PITPs bei Pflanzen zu verstehen. Wir konnten zeigen, dass während der Entwicklung von Landpflanzen die Anzahl und Komplexität von SEC14L-PITPs zugenommen hat. Diese Beobachtung ist vielleicht auf die Anpassungen und die erweiterten Aufgaben im neuen, trockenen Lebensraum zurückzuführen. Die ersten SEC14-GOLD Proteine bei Pflanzen sind bei Moosen gefunden worden. Am Beispiel von PATL2 haben wir die Funktion der einzelnen Domänen analysiert. Dabei wurde ein besonderes Augenmerk auf die Lipid- und Membranbindung des Proteins gelegt. Wir konnten zeigen, dass das CTN-SEC14 Modul wichtig für die generelle Bindung des Proteins an Membranen ist, während die C-Terminale GOLD Domäne wichtig für die Bindung an die Plasmamembran ist, da sie selektiv Phosphatidylinositol-4,5 Biphosphat bindet. Der unstrukturierte N-Terminus von SEC14-GOLD Proteinen ist einzigartig für das Pflanzenreich und unterscheidet sich bei jedem SEC14-GOLD Protein. Der N-Terminus ist essentiell für die Interaktion von PATL2 mit IRT1. Die Charakterisierung von PATL2 zeigt, dass PATL2 einen negativen Effekt auf die Eisenreductaseaktivität und Lipidperoxidationsrate in Wurzeln von Arabidopsis hat. Allerdings scheint PATL2 die Zellfitness positiv zu beeinflussen. Diese Ergebnisse verdeutlichen, dass PATL2 möglicherweise auf Proteinebene ein Regulator der Eisenaufnahme ist, da es die Zerstörung der Zellmembrane verhindert und auch den Eisengehalt der Zelle kontrolliert. Zusammen mit Daten aus der Literatur bedeutet dies für uns, dass SEC14-GOLD Proteine nicht nur Aufgaben in der Membranbewegung und dem Phospholipidsignalweg übernehmen, sondern auch aktiv zum Membranerhalt und der Reaktion der Pflanze auf Stress beitragen, indem sie mit kritischen Membranproteinen interagieren und Schäden an Membranen verhindern. Although iron is an essential micronutrient for the model plant Arabidopsis thaliana (Arabidopsis), overaccumulation of iron negatively affects plant survival. Hence, maintaining a balanced iron level is essential and requires tightly regulation of iron uptake through IRON-REGULATED TRANSPORTER 1 (IRT1), which is the main iron importer in Arabidopsis roots. While it is known that IRT1 activity is regulated on transcriptional level and on protein level through protein-protein interactions and cellular trafficking, the exact mechanism controlling IRT1 activity is not fully discovered till now. In this thesis, the SEC14-GOLD protein PATELLIN 2 (PATL2), which belongs to the SEC14-like phosphatidylinositol transfer protein (SEC14L-PITP) family, is presented as an interaction partner of IRT1. SEC14L-PITPs contribute to membrane identity and fulfill regulatory functions in membrane trafficking by their ability to sense, bind, transport and exchange lipophilic substances between membranes, such as phosphatidylinositol, phosphoinositides and α-tocopherol. Arabidopsis exhibits several SEC14L-PITPs with a modular domain structure. In particular, SEC14-GOLD proteins are associated with cell division, plant development, and plant stress response. The contribution of their individual domains to protein function is poorly analyzed till now. This study contributes to the understanding of SEC14L-PITP evolution in the green lineage by revealing an increased number and modular complexity of SEC14L-PITPs in higher plants compared to green algae. The increasing number and complexity of SEC14L-PITPs might reflect the high versatility of roles addressed in adaptation to dry land. The first SEC14-GOLD proteins appeared in mosses. Through the example of PATL2 we analyzed the domain functions of SEC14-GOLD proteins regarding lipid binding, membrane association and protein-protein interaction. While the CTN-SEC14 module is essential for general membrane attachment of PATL2, the C-terminal GOLD domain is critical for the plasma membrane association by binding selectively to phosphatidylinositol-4,5 biphosphate. The long unstructured N-terminus of SEC14-GOLD proteins is unique to the plant kingdom and differs in its sequence for each protein. We found that the N-terminal extension in the case of PATL2 is essential for protein-protein interaction with IRT1. Detailed characterization of PATL2 function in Arabidopsis revealed that PATL2 negatively affects iron reductase activity and lipid peroxidation in roots, but positively influences growth of IRT1-complemented fet3 fet4 yeast. Taken together, these results suggest a role of PATL2 in regulation of iron acquisition on protein level and membrane protection by keeping the iron level in a proper non-toxic but sufficient range. This leads to the conclusion that SEC14-GOLD proteins are not only able to control membrane trafficking, and the phospholipid-signaling pathway, but also actively contribute to membrane integrity and plant stress response by interacting with critical membrane proteins and preventing membrane damage.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Biologie » Botanik
Dokument erstellt am:	02.03.2022
Dateien geändert am:	02.03.2022
Promotionsantrag am:	26.11.2019
Datum der Promotion:	05.02.2020