Dokument: Strukturelle Analyse der Transmembran-Domäne des Ethylenrezeptors ETR1 aus Arabidopsis thaliana
| Titel: | Strukturelle Analyse der Transmembran-Domäne des Ethylenrezeptors ETR1 aus Arabidopsis thaliana | |||||||
| Weiterer Titel: | Structural analysis of the transmembrane domain of the ethylene receptor ETR1 from Arabidopsis thaliana | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=68109 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20250122-110003-5 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Deutsch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | Uzun, Buket [Autor] | |||||||
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| Beitragende: | Prof. Dr. Groth, Georg [Gutachter] Prof. Dr. Gohlke, Holger [Gutachter] | |||||||
| Stichwörter: | ETR1, Ethylenrezeptor, EPR, Kristallisation, Kupfer, Kupferkoordination | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie | |||||||
| Beschreibungen: | Der Ethylensignalweg ist im Pflanzenreich seit mehr als 450 Millionen Jahren hoch konserviert. Das Phytohormon Ethylen ist an einer Reihe von Pflanzenprozessen be-teiligt. Dazu gehören u. a. die Keimung, Blattabszission und die Fruchtreife. In Anwesenheit des Kupfer-Cofaktors ist Ethylen in der Lage an die Transmembran-Domänen (TMDs) der Ethylenrezeptoren (ETRs) zu binden, die in der Membran des endoplasmatischen Retikulums (ER) lokalisiert sind. Dadurch wird eine Reaktionskaskade aus-gelöst, welche zu der sogenannten Ethylenantwort führt. Das verwendete Modellsystem Arabidopsis thaliana enthält fünf Ethylenrezeptoren (ETRs). Der genaue Mechanismus, welcher zu der Konformationsänderung im Rezeptor führt, ist unbekannt, da bisher nur die zytosolischen Domänen der ETRs kristallisiert werden konnten. Aus diesem Grund wurde eine Strukturanalyse der TMD mit einer Kombination aus ausgewählten Mutanten und folgender Methoden durchgeführt: Mithilfe von Electron Paramagnetic Resonance (EPR) Spektroskopie und vergleichender molekulardynamischer (MD) Simulation wurde die Anordnung der drei TM-Helices des ETR1-Monomers mit zwei verschiedenen computerbasierten ETR1-Modellen analysiert. Zudem wurden Kupferaffinitätsexperimente durchgeführt. Ein weiteres Ziel war die Strukturaufklärung von ETR1 mittels Lipidic Cubic Phase (LCP)-Kristallisation in Kombination mit diversen Additiven (Metallen, Peptide). Die EPR-Ergebnisse deuten darauf hin, dass die TMD flexibler ist als in den vergleichenden computerbasierten Modellen angenommen wurde. Darüber hinaus zeigen Mutations- und Kupferbindungsexperimente in vivo und in vitro, dass die Aminosäurepositionen D25 und K91 zu einer zusätzlichen Stabilisie-rung führen, während Kupfer durch C65 und H69 komplexiert wird. Diese Kupferkoordination spielt eine wesentliche Rolle bei der Ethylenbindung. Die Resultate der Mutationsstudien, sowie der Kupferbindungsexperimente, ermöglichten eine detailliertere Darstellung der Kupferkoordination im von Schott-Verdugo et al. (2019) veröffentlichten Strukturmodell von ETR1. Darüber hinaus konnten erstmals Kristalle von der TMD gebildet werden, die erste Diffraktionsmuster erzeugen. Optimierungen in der Kristallisation und die Anwendung einer Kombination anderer Methoden könnten die Aufklä-rung der Struktur des ETR1-Rezeptors erleichtern und damit ein tieferes Verständnis der Kupferkoordination, der Ethylenbindung, der Konformationsänderungen des Re-zeptors und seiner Signaltransduktion ermöglichen.For more than 450 million years the ethylene signaling pathway has been highly con-served in the plant kingdom. The phytohormone ethylene is involved in a number of plant processes, including germination, leaf abscission and fruit ripening. In the presence of the copper cofactor ethylene is capable of binding to the transmembrane do-mains (TMDs) of the ethylene receptors (ETRs), which are located in the membrane of the endoplasmic reticulum (ER). Through this a reaction cascade is activated and results in the ethylene response. The used model system is Arabidopsis thaliana, which contains five ETRs. Only the cytosolic domains of the ETRs have been crystal-lized so far. The mechanism of the conformational change in the receptor is still unknown.
In this thesis, the structural analysis of the TMD was carried out using a combination of mutants and the following methods: Electron paramagnetic resonance (EPR) spectroscopy and comparative molecular dynamics (MD) simulation was used to analyze the arrangement of the three TM helices of the ETR1 monomer with two different com-puter-based models. Additionally, copper binding experiments were done. To resolve the structure of ETR1 lipidic cubic phase (LCP) crystallization was used in combination with different additives (metals, peptides). The EPR results indicate that the TMD is more flexible than it was predicted by the two comparative computer-based models. In addition, mutation studies and copper binding experiments demonstrate that the amino acid positions D25 and K91 exhibit additional stabilization in vivo and in vitro, while copper is complexed by positions C65 and H69. This copper coordination is a crucial aspect of ethylene binding. The results of the mutation studies and copper binding experiments enabled the re-finement of the copper coordination in the structural model of ETR1 which was published by Schott-Verdugo et al. (2019). Furthermore, crystals of the TMD could be produced for the first time, leading to first diffraction patterns. Optimizations in crystallization and the application of a combination of other methods could facilitate the elucidation of the structure of the ETR1 receptor and thus enable a deeper understanding of copper coordination, ethylene binding, conformational changes of the receptor and its signal transduction. | |||||||
| Lizenz: |  Dieses Werk ist lizenziert unter einer Creative Commons Namensnennung 4.0 International Lizenz | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Biologie » Biochemie der Pflanzen | |||||||
| Dokument erstellt am: | 22.01.2025 | |||||||
| Dateien geändert am: | 22.01.2025 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 12.09.2024 | |||||||
| Datum der Promotion: | 11.12.2024 |
