Dokument: Targeted screen for novel protein‐protein interactions and their role in iron deficiency response regulation
| Titel: | Targeted screen for novel protein‐protein interactions and their role in iron deficiency response regulation | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=55597 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20230313-103929-8 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Deutsch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | M.Sc. Lichtblau, Daniela [Autor] | |||||||
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| Beitragende: | Prof. Dr. Bauer, Petra [Gutachter] Prof. Dr. Westhoff, Peter [Gutachter] | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie | |||||||
| Beschreibungen: | Iron (Fe) is involved in fundamental biological processes in animals and plants. The lack of Fe leads to severe health problems for all organisms. In plants, Fe deficiency often results in developmental disorders and yield loss. However, because of the strong requirement of Fe on one hand and potential Fe toxicity on the other, the regulation of Fe acquisition and homeostasis is crucial for plant survival. In Arabidopsis (Arabidopsis thaliana) many Fe deficiency‐induced genes are co‐
expressed. Several of these genes encode transcription factors (TFs) that often undergo protein‐protein interactions to fulfill their regulatory function. The Fe acquisition is mostly controlled by the basic helix‐loop‐helix (bHLH) TF FER‐LIKE IRON DEFICIENCY‐INDUCED TRANSCRIPTION FACTOR (FIT). Regarding co‐expression, FIT target genes build a co‐expression sub‐network. Whereas FIT‐independent genes form another co‐expression sub‐network containing e.g. Fe distribution genes including the TF POPEYE (PYE) that represses several Fe distribution genes as well as subgroup Ib bHLH TFs. Protein‐protein interactions among members of different Fe deficiency co‐expression networks, such as between FIT and Ib bHLH TFs, are crucial to regulate the Fe deficiency response. In order to investigate whether additional, yet unknown protein‐protein interactions between co‐expressed Fe responsive genes and known key players of the Fe deficiency response occur, we performed a targeted yeast two‐hybrid protein interaction screen. This screen resulted in the detection of a network of interacting proteins. Amongst others, the network is comprised of three homologous E3 ligases, BRUTUS (BTS), BTS‐LIKE1 (BTSL1) and BTSL2 that are supposed to be Fe sensors negatively regulating the Fe uptake. They were found to interact with some of the same TFs of subgroup IVc, PYE and a small peptide named FE‐UPTAKE‐INDUCING PEPTIDE3 (FEP3). In this study, their interaction and possible function was further studied in planta demonstrating that the BTSLs might perhaps negatively regulate several TFs while FEP3 acts as a potential inhibitor of the BTSLs, thereby, in turn positively influencing the Fe uptake. Additionally, we detected one interesting protein interaction between PYE and a yet unknown small protein which we named OLIVIA (OLV). We could verify this interaction in planta and showed that both co‐localize in the nucleus. Based on OLV over‐expressing Arabidopsis lines, we examined the role of OLV on PYE function. PYE target genes were more repressed when OLV was over‐abundant. Our data implies that OLV enhances PYE function on the protein level. Multiple sequence alignment analysis of OLV revealed a conserved motif (TGIYY) and orthologues in several organisms. Since plants are often the main source of human Fe supply, it is worthwhile studying plants´ Fe acquisition and homeostasis to be able to improve the food quality by increasing the Fe content in edible parts of the plant. This work contributes to a better understanding of the transcriptional regulation, the interplay of different proteins and especially protein interactions that regulate the Fe deficiency response.Eisen ist an fundamentalen biologischen Prozessen in Tieren und Pflanzen beteiligt. Eisenmangel führt bei allen Organismen zu schwerwiegenden Problemen, die sich bei Pflanzen in Entwicklungsstörungen sowie Ernteverlusten äußern. Einerseits wird Eisen essentiell benötigt, andererseits ist es in zu hohen Konzentrationen giftig. Daher ist die Regulation der Eisen-aufnahme und –homöostase entscheidend für das pflanzliche Überleben. In Arabidopsis (Arabidopsis thaliana) sind viele Eisenmangel‐induzierte Gene koexprimiert. Viele dieser Gene kodieren Transkriptionsfaktoren (TFs), die oftmals Protein‐Protein Interaktionen eingehen, um ihre regulatorische Funktion auszuüben. Die Eisenaufnahme wird hauptsächlich durch den basic helix‐loop‐helix (bHLH) TF FER‐LIKE IRON DEFICIENCY‐INDUCED TRANSCRIPTION FACTOR (FIT) reguliert. FIT‐abhängige Gene und FIT‐unabhängige Gene bilden jeweils eigene Koexpressions‐Netzwerke. Im FIT‐unabhängigem Netzwerk befinden sich Gene, die für die Eisenverteilung verantwortlich sind. Darunter zum Beispiel der bHLH TF POPEYE (PYE), der verschiedene Gene der Eisenverteilung reprimiert. In diesem Koexpressions‐Netzwerk befinden sich zusätzlich bHLH TFs der Untergruppe Ib, die als Heterodimer mit FIT die Eisenaufnahme positiv regulieren. Protein‐Protein Interaktionen zwischen Mitgliedern der einzelnen Koexpressions‐Netzwerken, wie im Falle von FIT und Ib bHLH TFs sind von maßgebender Bedeutung zur Regulation der Eisenmangel-antwort. Um zu erforschen, inwiefern weitere bisher unbekannte Protein‐Protein Interaktionen zwischenkoexprimierten eisenmangelregulierten Genen und anderen bekannten wichtigen Proteinen der Eisenmangelantwort auftreten, wurde in dieser Arbeit mittels diverser Hefe Zwei‐Hybrid Experimente nach neuen Protein‐Protein‐interaktionen gesucht. Aus diesen Daten konnte ein Interaktionsnetzwerk generiert werden. Im Fokus steht hierbei ein Teil des Interaktionsnetzwerkes um drei homologe E3 Ligasen BRUTUS (BTS), BTS‐LIKE1 (BTSL1) und BTSL2, welche teilweise mit den gleichen bHLH, einschließlich PYE und einem kleinen Protein namens FE‐UPTAKE‐INDUCING PEPTIDE3 (FEP3) interagieren. Die BTS(L)s wirken vermutlich als Eisensensoren, die die Eisenaufnahme negativ regulieren, wohingegen FEP3 ein potentielles Phloem‐mobiles Signal darstellt. Mit dieser Arbeit konnten wir zeigen, dass FEP3 als möglicher Inhibitor von BTSL1/ BTSL2 fungiert und die Eisenaufnahme auf diese Weise positiv beeinflusst. Aus unserer Protein‐Interaktionsstudie resultierte eine weitere sehr interessante Proteininteraktion zwischen PYE und einem bisher unbekannten kleinen Protein, das wir OLIVIA (OLV) nannten. Diese Interaktion konnte in Pflanzen verifiziert werden. Beide Proteine kolokaliseren im Zellkern. Es wurden Arabidopsis OLV Überexpressionslinien generiert, anhand derer der Einfluss von OLV auf die Funktion von PYE analysiert wurde. Aus diesen ergab sich, dass PYE Zielgene stärker reprimiert werden, wenn mehr OLV Protein vorhanden ist. Unsere Daten weisen darauf hin, dass OLV die Funktion von PYE auf Proteinebene verstärkt. Multiple Sequenz‐alignments von OLV enthüllten ein konserviertes Motiv (TGIYY) und Orthologe in verschiedenen Organismen. Pflanzen sind die Hauptbezugsquelle der menschlichen Eisenversorgung. Daher ist es erstrebenswert, die pflanzliche Eisenaufnahme sowie Homöostase weiter zu erforschen, um die Nahrungsmittelqualität durch Steigerung des Eisengehaltes in essbaren Pflanzenbestandteilen zu verbessern. Diese Arbeit trägt zu einem besseren Verständnis der Eisenmangelantwort auf transkriptioneller Ebene sowie dem Zusammenspiel von verschiedenen Proteinen bei. | |||||||
| Lizenz: |  Urheberrechtsschutz | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Biologie » Botanik | |||||||
| Dokument erstellt am: | 13.03.2023 | |||||||
| Dateien geändert am: | 13.03.2023 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 18.06.2020 | |||||||
| Datum der Promotion: | 28.09.2020 |
