Dokument: Cyanobacterial Gene Expression and Regulation − One Rhythm to Rule Them All

Titel:	Cyanobacterial Gene Expression and Regulation − One Rhythm to Rule Them All
Weiterer Titel:	Genexpression und -regulation in Cyanobakterien - ein Rhythmus für alle
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=63961
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20231103-102947-1
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Berwanger, Lutz Claus [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 19,43 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 26.10.2023 / geändert 30.10.2023
Beitragende:	Jun.-Prof. Dr. Axmann, Ilka M. [Gutachter] Adj. Assoc. Prof. Ph.D. Lale, Rahmi [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Circadian clocks are biological mechanisms that help organisms to synchronize their physiological and behavioral processes with the daily rhythms of their environment. These clocks are based on a 24-hour cycle, and they help organisms anticipate and prepare for regular daily events, such as the onset of darkness or food availability. Circadian clocks are found in almost all organisms and are regulated by a combination of internal and external factors, including light, temperature, and signal molecules or hormone levels. This biological mechanism controls a large part of intracellular gene expression. Thereby, it gives these organisms a fitness advantage under cyclic conditions. Diurnal rhythms are processes with 24-hour cycles, yet they are not always circadian rhythms unless they can be confirmed as endogenous rather than environmental. Although circadian rhythms are endogenous regulators, they are adapted to the local environment by external signals known as zeitgebers, such as light, temperature, and redox cycles. Circadian oscillators are widely studied in animals, plants, fungi, and cyanobacteria. Cyanobacteria are photosynthetic prokaryotes that time their gene expression to follow the day-night cycle. Their circadian clock often consists of only three proteins, KaiA, KaiB, and KaiC, which are linked by a network of input and output factors. This work aims to provide a more detailed understanding of cyanobacteria, specifically the circadian clock of the cyanobacterium Synechocystis sp. PCC 6803. This thesis provides further insight into glycogen metabolism and other regulatory levels of gene expression as a global regulator of cyanobacterial metabolism. The protein Sll0485 was identified as a potential novel chimeric KaiA homolog in Synechocystis sp. PCC 6803 and designated as KaiA3. In addition, a self-sustained robust circadian oscillation was observed during the growth of the cyanobacterium Synechocystis sp. PCC 6803 under constant light conditions. A direct link was found to the core clock proteins KaiA1B1C1 and intracellular glycogen metabolism, which also has a potential direct correlation to the biotechnological use of Synechocystis sp. PCC 6803. We succeeded in manipulating the supercoiling level of Synechocystis sp. PCC 6803, which resulted in stalled growth and glycogen accumulation. We demonstrated that Synechocystis sp. PCC 6803 has two complete KaiABC clock systems and maintains an actual circadian oscillator. In addition, we uncovered promoter-specific recognition of sigma factors and co-expression groups (regulons) in Synechocystis, all of which respond differently to DNA supercoiling. Circadiane Uhren sind biologische Mechanismen, die Organismen helfen, ihre physiologischen und Verhaltensprozesse mit den täglichen Rhythmen ihrer Umwelt zu synchronisieren. Diese Uhren basieren auf einem annähernd 24-Stunden-Zyklus und ermöglichen es den Organismen, regelmäßige Tagesereignisse zu antizipieren und sich darauf vorzubereiten, z. B. den Einbruch der Dunkelheit oder die Verfügbarkeit von Nahrung. Circadiane Uhren sind in fast allen Organismen zu finden und werden durch eine Kombination aus internen und externen Faktoren wie Licht, Temperatur und Signalmoleküle bzw. Hormone reguliert. Dadurch haben diese Organismen einen Fitnessvorteil unter zyklischen Bedingungen. Diurnale Rhythmen sind Prozesse mit 24-Stunden-Zyklen, doch sind sie nicht immer zirkadiane Rhythmen, es sei denn, sie können als endogen und nicht als umweltbedingt definiert werden. Obwohl zirkadiane Rhythmen endogene Regulatoren sind, werden sie durch externe Signale, so genannte Zeitgeber, wie Licht, Temperatur und Redox-Zyklen, an die lokale Umgebung angepasst. Zirkadiane Oszillatoren wurden bei Tieren, Pflanzen, Pilzen und Cyanobakterien umfassend untersucht. Cyanobakterien sind photosynthetische Prokaryoten, die ihre Genexpression an den Tag-Nacht-Zyklus anpassen. Ihre zirkadiane Uhr besteht häufig aus nur drei Proteinen, KaiA, KaiB und KaiC, die durch ein Netzwerk von Eingangs- und Ausgangsfaktoren miteinander verbunden sind. Das Ziel dieser Dissertation ist es, mehr über Cyanobakterien zu erfahren, insbesondere über die zirkadiane Uhr des Cyanobakteriums Synechocystis sp. PCC 6803. Die Publikationen in dieser Arbeit liefern tiefere Informationen über den Glykogenstoffwechsel und andere regulatorische Ebenen der Genexpression als globale Regulatoren des cyanobakteriellen Stoffwechsels. Das Protein Sll0485 wurde als ein potenzielles neues chimäres KaiA-Homolog in Synechocystis sp. PCC 6803 identifiziert und als KaiA3 benannt. Darüber hinaus wurde beim Wachstum des Cyanobakteriums Synechocystis sp. PCC 6803 unter konstanten Lichtbedingungen eine sich selbst erhaltende robuste zirkadiane Oszillation beobachtet. Es wurde ein direkter Zusammenhang zwischen den zentralen Uhrenproteinen KaiA1B1C1 und dem Glykogen-Stoffwechsel festgestellt, der auch für die biotechnologische Nutzung von Synechocystis sp. PCC 6803 von Bedeutung sein könnte. Es gelang uns, dass supercoiling- Niveau von Synechocystis sp. PCC 6803 zu manipulieren, wodurch es zu einem Wachstumsstillstand und einer Glykogen Akkumulation kam. Wir konnten zeigen, dass Synechocystis sp. PCC 6803 zwei vollständige KaiABC-Uhrensysteme besitzt und einen echten zirkadianen Oszillator unterhält. Darüber hinaus haben wir die Promoter spezifische Erkennung von Sigma-Faktoren und Koexpression-Gruppen (Regulons) in Synechocystis sp. PCC 6803 aufgedeckt, die alle unterschiedlich auf DNA-supercoiling reagieren.
Lizenz:	Dieses Werk ist lizenziert unter einer Creative Commons Namensnennung 4.0 International Lizenz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät
Dokument erstellt am:	03.11.2023
Dateien geändert am:	03.11.2023
Promotionsantrag am:	17.05.2023
Datum der Promotion:	15.09.2023