Mechanismen des post- und cotranslationalen SRP-abhängigen Proteintransports zur Thylakoidmembran in Cloroplasten
Final Report Abstract
Das cytosolische Signalerkennungspartikel (signal recognition particle; SRP) spielt eine zentrale Rolle für den cotranslationalen Proteintransport in Prokaryoten und Eukaryoten und besteht als minimale funktionelle Einheit aus einer SRP-RNA und einer konservierten 54 kDa Untereinheit (SRP54). Interessanterweise unterscheidet sich das chloroplastidäre SRP (cpSRP) höherer Pflanzen wesentlich von den oben beschriebenen klassischen SRP- Systemen. Das cpSRP besteht aus zwei Proteinuntereinheiten, cpSRP54 und cpSRP43, und enthält im Gegensatz zu den cytosolischen SRPs keine RNA Komponente. Zudem interagiert das cpSRP mit seinen Substratproteinen, den Lichtsammelkomplexproteinen (LHCPs), posttranslational. Die in diesem Projekt erzielten Ergebnisse geben einen interessanten Einblick in die Evolution des posttranslationalen cpSRP-abhängigen Transportwegs. So wurde gezeigt, dass die LHCPs und das cpSRP43 unabhängig von der Komplexbildung zwischen cpSRP43 und cpSRP54 coevolvierten. Erst später im Zuge der Evolution während des Übergangs vom Leben im Wasser zum Landleben entwickelte sich der cpSRP Komplex. Die LHCPs werden mit Hilfe des Thylakoidmembranproteins Alb3 in die Membran inseriert. Ein zentrales Ziel des Antrags war es, einen genaueren Einblick in die molekulare Funktion von Alb3 bei der cpSRP-abhängigen Insertion der LHCPs zu erhalten. Detaillierte Protein-Protein-Interaktionsstudien zeigten, dass der LHCP/cpSRP Komplex über eine direkte Interaktion zwischen cpSRP43 und Alb3 an die Membran gebunden wird. Zudem wurden die cpSRP43- Bindestellen innerhalb des Alb3 charakterisiert. In Kooperation mit der AG von Prof. Sacha Baginsky (Universität Halle) wurde weiterhin eine Phosphorylierung des Alb3 durch die pCK II nachgewiesen, wobei die physiologische Bedeutung der Phosphorylierung jedoch noch nicht geklärt ist. Ein weiteres Ziel dieses Projektes war es, einen genaueren Einblick in die Mechanismen des cotranslationalen Transports von chloroplastenkodierten Proteinen zur Thylakoidmembran zu erhalten. Dazu wurde ein System zur in vitro Rekonstitution der D1 Insertion etabliert und mit Hilfe dieses Systems die Beteiligung der cpSec/Alb3 Translokase und des Proteins Vipp1 an der D1 Insertion nachgewiesen. Weiterhin wurde in diesem Projekt gezeigt, dass das SRP-Rezeptorprotein, cpFtsY, eine wichtige Rolle für den Photosystem II Reparaturzyklus spielt.
Publications
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(2011) Interaction studies between the chloroplast signal recognition particle subunit cpSRP43 and the full-length translocase Alb3 reveal a membrane-embedded binding region in Alb3. J. Biol. Chem. 286: 35187-35195
Dünschede B, Bals T, Funke S, Schünemann D
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(2011) The role of Alb3 and its homologs in the insertion and assembly of thylakoid membrane proteins. Endocytobiosis and Cell Research 21: 19-25
Dünschede B, Schünemann D
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(2014) The peptide chip “ChloroPhos1.0” identifies new phosphorylation targets of plastid casein kinase II (pCKII) in Arabidopsis thaliana. PLoS One 9(10): e108344
Schönberg A, Bergner E, Helm S, Dünschede B, Schünemann D, Schutkowski M; Baginsky S
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(2015) Arabidopsis thaliana mutants lacking cpFtsY or cpSRP54 exhibit different defects in photosystem II repair. Front. Plant Sci. 6: 250
Walter B, Pieta T and Schünemann D
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(2015) Chloroplast SRP54 was Recruited for Posttranslational Protein Transport via Complex Formation with Chloroplast SRP43 during Land Plant Evolution. J Biol Chem. 2015 Apr 1 [Epub ahead of print]
Dünschede B, Träger C, Schröder CV, Ziehe D, Walter B, Funke S, Hofmann E, Schünemann D
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(2015) In vitro reconstitution of cotranslational D1 insertion reveals a role of the cpSec/Alb3 translocase and Vipp1 in photosystem II biogenesis. Biochem J. 2015 Mar 24 [Epub ahead of print]
Walter B, Hristou A, Nowaczyk MM, Schünemann D
