Dokument: Characterization of an ADP-ribosylation factor family member involved in endomembrane system and iron acquisition regulation

Titel:	Characterization of an ADP-ribosylation factor family member involved in endomembrane system and iron acquisition regulation
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=59415
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20240503-093013-9
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Mohr, Inga [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 5,86 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 24.04.2022 / geändert 24.04.2022
Beitragende:	Prof. Dr. Bauer, Petra [Gutachter] Prof. Dr. Stühler, Kai [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 580 Pflanzen (Botanik)
Beschreibungen:	Um eisenbedingten Stress zu vermeiden, unterliegt der wichtigste Eisenimporter in Arabidopsis, IRON-REGULATED TRANSPORTER 1 (IRT1), einer mehrstufigen posttranslationalen Regulierung, die seine kontrollierte Aktivität und Menge an der Plasmamembran gewährleistet. Ein wichtiger Faktor bei der Regulierung von IRT1 ist dessen dynamischer Transport von der Plasmamembran weg und zu ihr hin, der durch Zyklen der Endozytose und des endosomalen Recyclings erfolgt. Das IRT1-Regulierungsnetzwerk ist ein Modellsystem für den Plasmamembran-Proteintransport, aber große Teile der Endomembran-Zyklusmaschinerie sind nach wie vor nicht bekannt oder eindeutig geklärt und von großem Interesse im Bereich der IRT1-bezogenen Eisenhomöostase und des intrazellulären Transports. Die kleinen ADP-Ribosylierungsfaktor (ARF)-GTPasen sind wichtige Signalregulatoren des Vesikel-vermittelten Proteintransports, indem sie mit Hilfe von Guaninnukleotid-Austauschfaktoren (GEFs) und GTPase-aktivierenden Proteinen zwischen einer aktiven GTP-gebundenen und einer inaktiven GDP-gebundenen Konformation wechseln. Obwohl sie eng mit den ARF-GTPasen verwandt sind, sind die ARF-ähnlichen GTPasen und ihre Funktionen insbesondere in Pflanzen kaum erforscht. Wir identifizierten die kleine ARF-ähnliche GTPase TITAN 5 (TTN5) als einen neuen IRT1-Interaktor. Durch eine Kolokalisierungsanalyse mit Kompartimentmarkern in Kombination mit pharmakologischen Behandlungen konnten wir die Lokalisierung von TTN5 im Endomembransystem bestimmen. Zusammen mit IRT1 kolokalisierte TTN5 in Vesikeln des trans-Golgi-Netzwerks und in multivesikulären Körperchen, was auf eine Rolle von TTN5 beim IRT1-Transport hindeutet. TTN5 interagierte auch mit den IRT1-Regulatoren ENHANCED BENDING 1 (EHB1), SORTING NEXIN 1 (SNX1) und PATELLIN 2 (PATL2) und lässt auf eine wichtige koordinierende Funktion bei der Eisenaufnahme schließen. Gleichzeitig weisen physiologische Daten auf einen positiven Einfluss von TTN5 auf die Eisenhomöostase hin. Um TTN5 und dessen funktionsbeeinflussende Ereignisse, besser zu verstehen, untersuchten wir mit Hilfe der Immunpräzipitations-Massenspektrometrie das Interaktom von TTN5. Dies geschah im Vergleich mit den IRT1-Regulatoren EHB1 und PATL2 und dem eisenregulierten Protein IRON DEFICIENCY-INDUCED 1 (IDI1). Die Plasmamembran H+-ATPasen AHA1 und AHA2 wurden dabei als TTN5-Interaktoren identifiziert. Fluoreszenzmikroskopie zeigte, ähnlich wie bei IRT1, eine Kolokalisierung von TTN5 zusammen mit AHA1 in vesikelartigen Strukturen des Endomembransystems. Wir vermuten eine mögliche Funktion von TTN5 beim Transport von Plasmamembranproteinen. Wir identifizierten auch SEC12, ein ER-verankertes GEF-Protein, das am Vesikel-Transport beteiligt ist und möglicherweise ein GEF für TTN5 ist. Unsere Erkenntnisse über die Funktion von TTN5 und sein Interaktom sind wichtige neue Informationen sowohl für die Regulierung des pflanzlichen Nährstoffimports als auch für die Rolle der bisher wenig untersuchten ARF-ähnlichen GTPasen im Endomembran-Transport von Arabidopsis. Die Daten rücken dabei das Endomembransystem als wichtigen Faktor für Studien zur Pflanzenzüchtung und Biofortifikation in den Fokus. To avoid iron-related stresses, the main Arabidopsis iron importer, IRON-REGULATED TRANSPORTER 1 (IRT1), undergoes a multi-level post-translational regulation ensuring its controlled activity and abundance at the plasma membrane. A major factor in IRT1 regulation is its dynamic trafficking away from and towards the plasma membrane, achieved through cycles of endocytosis and endosomal recycling. The IRT1 regulatory network is a model system of plasma membrane protein trafficking, but large parts of the endomembrane cycling machinery remain elusive and are of great interest in the field of IRT1-related iron homeostasis and intracellular trafficking. The small ADP-ribosylation factor (ARF) GTPases are key signaling regulators of vesicle-mediated protein trafficking by switching between an active GTP-bound and an inactive GDP-bound conformation, with the help of guanine nucleotide exchange factors (GEFs) and GTPase-activating proteins. Though closely related to ARF GTPases, the ARF-likes and their functions are poorly understood, especially in plants. We identified the small ARF-like GTPase TITAN 5 (TTN5) as a novel IRT1 interactor. Colocalization analysis with compartment markers, combined with pharmacological treatments, enabled us to pinpoint the TTN5 localization in the endomembrane system. Together with IRT1, TTN5 colocalized in vesicles of the trans-Golgi network and multivesicular bodies, implying a role of TTN5 in IRT1 trafficking. TTN5 interacted with the IRT1-regulators ENHANCED BENDING 1 (EHB1), SORTING NEXIN 1 (SNX1) and PATELLIN 2 (PATL2) as well, suggesting an important coordinating function in iron uptake. At the same time, physiological data indicated a positive influence of TTN5 on iron homeostasis. To obtain a better understanding of TTN5 and the events influencing its function, we employed immunoprecipitation-mass spectrometry to investigate the interactome of TTN5 in comparison with the IRT1 regulators EHB1 and PATL2 and the iron-related protein IRON DEFICIENCY-INDUCED 1 (IDI1). The plasma membrane H+-ATPases AHA1 and AHA2 were identified as TTN5 interactors. Fluorescence microscopy revealed, similarly to IRT1, a colocalization of TTN5 together with AHA1 in vesicle-like structures of the endomembrane system. We propose a potential function of TTN5 in plasma membrane protein trafficking. We also identified SEC12, an ER-anchored GEF protein involved in vesicle trafficking and potentially a GEF for TTN5. Our findings on the function of TTN5 and its interactome are important new information for both the regulation of plant nutrient import and the role of the understudied ARF-like GTPases in Arabidopsis endomembrane trafficking. The data focuses the spotlight on the endomembrane system as an important factor for studies on plant breeding and biofortification.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Biologie » Botanik
Dokument erstellt am:	03.05.2024
Dateien geändert am:	03.05.2024
Promotionsantrag am:	28.10.2021
Datum der Promotion:	17.12.2021