Please use this identifier to cite or link to this item: http://doi.org/10.25358/openscience-2664
Authors: Jilly, Ruven
Title: SynDLP: a new bacterial dynamin-like protein and its potential involvement in thylakoid membrane biogenesis
Online publication date: 7-May-2018
Language: english
Abstract: Billion years ago, the photosynthetic light reaction was a very successful invention of the nature. Primordial cyanobacteria were the first organism, which were able to cover their energy needs with almost endless resources (water, CO2 and sun light). During the earth history, the photosynthetic system has become a very successful way to provide energy not only for cyanobacteria. Some early eukaryotes engulfed cyanobacteria in an endosymbiotic event that led to the development of algae and plants. However, the photosynthesis light reaction is localized within a special membrane system, the thylakoid membrane. In this thesis, a protein was studied, which is potentially involved in the biogenesis of thylakoid membranes. Dynamin-like proteins (DLPs) from eukaryotes or bacterial DLPs (BDLPs) are mechanochemical large GTPase, which share membrane remodeling or membrane protection properties. They are involved in several processes affecting membranes, like fission, fusion and division of cell organelles as well as viral protection and membrane stress response. With the help of bioinformatic analysis, five potential BDLPs were identified in the genome of the model organism Synechocystis sp. PCC 6803. These five candidates were investigated in order to figure out if they are BDLPs. Moreover, the influence of the phenotype was studied by creating Synechocystis deletion or depletion strains, lacking the corresponding genes. Out of the five candidates only one was confirmed being a BDLP and subsequently be named SynDLP. During this project, expression and purification of this new BDLP was established and it has been shown that SynDLP is an asymmetric disulfide-linked dimer, in vitro. With the purified protein, a continuous, regenerative coupled GTPase assay confirmed the GTPase activity. In addition, membrane interaction studies with Laurdan fluorescence showed, that SynDLP interacts with negatively charged membranes. Moreover, SFG spectroscopy, TEM micrographs and a sedimentation assay revealed a nucleotide depending change in the conformation and in the oligomeric state. In addition, a SynDLP mutant was created, which does not form dimers and was compared to the WT. Besides the in vitro experiments, a Synechocystis deletion mutant was generated, lacking in the SynDLP gene. In vivo analysis suggested that the phenotype is slightly different, especially under high light growth conditions, compared to the WT strain.
Vor Milliarden Jahren änderte eine evolutionäre Entwicklung das damalige Leben auf der Erde grundlegend. Urahnen von Cyanobakterien waren in der Lage, mit Hilfe von Licht, CO2 und Wasser, ihren Energiebedarf zu decken. Als Abfallprodukt gelangte dabei erstmalig freier Sauerstoff in die Umwelt. Das dem zu grundliegende System der oxygenen Photosynthese hat sich bis heute erhalten und findet sich außer in Cyanobakterien auch in Algen und Pflanzen. Dies geht wahrscheinlich auf eine Endosymbiose zurück. Frühe eukaryotische Lebensformen nahmen Cyanobakterien auf, aus denen sich nach und nach Chloroplasten entwickelt haben. Die photosynthetische Lichtreaktion ist in einem speziellen Membransystem lokalisiert, der Thylakoidmembran. Die Biogenese der Thylakoidmembran ist nur rudimentär verstanden. Ziel dieser Arbeit war es, neue Proteine zu charakterisieren, die an der Thylakoidmembran-Biogenese beteiligt sein könnten. DLPs (eng. dynamin-like proteins) oder BDLPs (bakterielle DLPs) sind GTPase, die an verschiedenen Membranen zu finden sind und deren Struktur beeinflussen können. So sind sie an der Fusion und Teilung von Zellorganellen, sowie an viralen Schutzmechanismen und der Instandhaltung von bakteriellen Membransystemen beteiligt. Im Genom des Cyanobakteriums Synechocystis sp. PCC 6803 konnten fünf potentielle BDLPs identifiziert werden. In vitro Analysen konnten bestätigen, dass es sich bei einem der Kandidaten höchstwahrscheinlich um ein BDLP handelt. Dieses Protein wurde daraufhin in SynDLP umbenannt. In vitro liegt SynDLP als asymmetrisch Disulfid-verknüpftes Dimer vor. Die GTPase-Aktivität des Proteins konnte mittels eines regenerativen, gekoppelten Assays bestätigt werden. Eine spezifische Interaktion mit negativ geladenen biologischen Modelmembranen wurde mittels Laurdan Fluoreszenzspektroskopie gezeigt. Weiter konnte mit SFG-Spektroskopie, TEM Aufnahmen und einem Sedimentation-Assay gezeigt werden, dass sich die Konformation und der oligomere Zustand von SynDLP, abhängig vom zugesetzten Nukleotid ändert. Zudem wurde eine SynDLP Mutante kreiert, die keine Dimere mehr bildet. Zur Untersuchung der Auswirkung auf die Thylakoidmembran wurde eine Synechocystis Mutante etabliert, in der das SynDLP Gen deletiert werden konnte. Dabei zeigt die Mutante einen leicht veränderten Phänotyp im Gegensatz zum wildtypischen Stamm, der besonders unter Starklichtbedingungen ausgeprägt ist.
DDC: 500 Naturwissenschaften
500 Natural sciences and mathematics
Institution: Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department: MaxPlanck GraduateCenter
Place: Mainz
ROR: https://ror.org/023b0x485
DOI: http://doi.org/10.25358/openscience-2664
URN: urn:nbn:de:hebis:77-diss-1000019825
Version: Original work
Publication type: Dissertation
License: In Copyright
Information on rights of use: https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Extent: 167 Seiten
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