Dokument: Defining membrane contact sites between chloroplasts, mitochondria and the endoplasmic reticulum in plants
| Titel: | Defining membrane contact sites between chloroplasts, mitochondria and the endoplasmic reticulum in plants | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=71919 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20260122-134638-9 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Englisch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | Valencia, Vanessa [Autor] | |||||||
| Dateien: |
| |||||||
| Beitragende: | Prof. Dr. Weber, Andreas P. M. [Gutachter] Prof. Dr. Zurbriggen, Matias [Gutachter] | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie | |||||||
| Beschreibungen: | Cellular homeostasis of eukaryotic organisms is governed by optimal intracellular communication between the organelles. One such communication mechanism is the nonvesicular transport mechanism, which physically connects membranous compartments at specific regions, called membrane contact sites. Membrane contact sites facilitate a wide range of transport, signaling, and regulatory processes between cell organelles. Disruption of such contact sites can have drastic effects on the organism. For instance, diseases such as cancer or diabetes in humans are consequences of contact site dysfunction. In plants, the impact and importance of membrane contact sites on cellular homeostasis are less well understood compared to mammals or yeast. While techniques to identify contact sites and unravel their functions in mammals and yeast can be adapted for use in plants, investigating plant contact sites requires innovative and tailored approaches. The aim of this thesis was to develop methods for identifying novel contact sites in plants and to provide first insights into their characterization. To this end, we established a modular and adjustable bimolecular fluorescence complementation assay for plants (Chapter 1). This method reliably visualized contact sites between the ER and chloroplasts, the ER and mitochondria, mitochondria and chloroplasts, and enabled characterization of intermembrane distances between these organelles. The chloroplasts-ER contact sites were simultaneously visualized with a contact site-candidate protein, TGD4, which co-localized with these regions. Besides its known role in lipid transport from the ER to chloroplasts, TGD4 appears to possess an additional function, which may be regulated by the phosphatase PAH1, a putative interaction partner of the chloroplast localized TGD4 protein (Chapter 2). In another approach, we established an immunopurification method to rapidly isolate intact chloroplasts or chloroplast envelope fractions. This enabled the identification of proteins that may mediate the attachment of membrane patches to the chloroplast surface (Chapter 3). The physical interaction of membranes and the consequential proximity are employed to establish a bimolecular proximity labeling approach to specifically label contact site-resident proteins in a membrane proximity-dependent manner (Chapter 4). Both, the immunopurification and proximity labeling methods identified a set of candidate proteins involved in cellular processes such as lipid transport or organelle organization, which are commonly regulated by MCSs. These approaches provide unbiased means of identifying putative contact siteresident proteins and offer new avenues for investigating membrane contact sites in plants. In summary, the methods and foundational work presented in this thesis lay the groundwork for future research on novel plant membrane contact sites.Das zelluläre Gleichgewicht eukaryotischer Organismen wird durch optimale intrazelluläre Kommunikation zwischen den Organellen bestimmt. Einer von diesen intrazellulären Kommunikationswegen ist der nicht-vesikuläre Transport, der die Membranen von zwei Organellen an bestimmten Regionen, den sogenannten Membrankontaktstellen, physisch miteinander verbindet. Membrankontaktstellen sind für eine Vielzahl von Transport-, Signal-, und Regulationswegen zwischen Organellen verantwortlich. Ein Defekt an solchen Kontaktstellen hat erhebliche Auswirkungen auf den Organismus, so sind bspw. Krankheiten beim Menschen wie Krebs oder Diabetes Folgen einer Fehlfunktion spezifischer Kontaktstellen. Bei Pflanzen hingegen ist die Bedeutung von Membrankontaktstellen für das Zellgleichgewicht noch nicht so gut verstanden wie bei Säugetieren oder Hefen. Methoden zur Identifizierung von Membrankontaktstellen und zur Charakterisierung ihrer Funktion, die bei Säugetieren und Hefen Anwendung finden, können auch in ähnlicher Weise bei Pflanzen angewendet werden, aber die Erforschung solcher pflanzlicher Kontaktstellen erfordert auf langer Sicht weitere innovativere Methoden. Ziel dieser Arbeit war es, Methoden zur Erforschung von bisher unbekannten Kontaktstellen in Pflanzen zu etablieren und damit erste Kenntnisse zur Charakterisierung dieses Transportmechanismus zu gewinnen. Zu diesem Zweck haben wir einen modularen und anpassbaren bimolekularen Fluoreszenz Komplementationsassay für Pflanzen entwickelt (Kapitel 1). Diese Methode visualisierte zuverlässig Membrankontaktstellen zwischen dem ER und Chloroplasten, dem ER und Mitochondrien sowie Mitochondrien und Chloroplasten und ermöglichte die Charakterisierung des Intermembran-Abstandes zwischen den interagierenden Membranen in einer Membrankontaktstelle. Die Membrankontaktstellen zwischen dem ER und Chloroplasten wurden gleichzeitig mit dem TGD4 Protein, welches wahrscheinlich in solchen Kontaktstellen zu finden ist, visualisiert und zeigten, dass sich dieses Protein überwiegend an solchen Kontaktstellen befindet. Wir haben das TGD4 Protein in seiner Funktion und Rolle in dieser Membrankontaktstelle weiter charakterisiert (Kapitel 2). Dabei zeigte sich, dass TGD4 neben dem Lipidtransport aus dem ER zu den Chloroplasten eine weitere Funktion besitzt. Diese scheint durch die Phosphatase PAH1 reguliert zu werden, die ein möglicher Interaktionspartner für TGD4 darstellt. In einem anderen Ansatz haben wir eine Immun-Aufreinigungsmethode entwickelt, um intakte Chloroplasten oder deren Hüllmembranen schnell zu isolieren. Dies ermöglicht die Identifizierung von Proteinen, die die Interaktion von Membranregionen an die Chloroplasten-Oberfläche vermitteln (Kapitel 3). Die physikalische Interaktion von Membranen in solchen Kontaktstellen und die daraus resultierende Nähe werden außerdem genutzt, um einen bimolekularen Proximity- Labeling Ansatz zu etablieren, mit dem Kandidaten-Proteine aus solchen Membrankontaktstellen spezifisch markiert werden können (Kapitel 4). Beide Methoden, die Immun-Aufreinigungsmethode und das bimolekulare Proximity-Labeling, führten zu der Identifizierung von mehreren Kandidaten-Proteinen, welche eine Rolle in Lipidtransport oder der Struktur der Organellen spielen - bekannte Funktionen von Membrankontaktstellen. Diese Methoden werden langfristig dazu beitragen putative Kandidaten zu identifizieren. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die in dieser Arbeit vorgestellten etablierten Methoden und grundlegenden Arbeiten die Forschung neuartiger pflanzlicher Membrankontaktstellen vorantreiben werden. | |||||||
| 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: | 22.01.2026 | |||||||
| Dateien geändert am: | 22.01.2026 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 21.08.2025 | |||||||
| Datum der Promotion: | 16.12.2025 |
