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Untersuchungen zur Modifikation von Aquaporinen aus Nicotiana tabacum

Fischer, Matthias (2007):
Untersuchungen zur Modifikation von Aquaporinen aus Nicotiana tabacum.
Darmstadt, Technische Universität, TU Darmstadt, [Online-Edition: urn:nbn:de:tuda-tuprints-9099],
[Ph.D. Thesis]

Abstract

Die Aquaporine NtAQP1 und NtPIP2;1 aus Nicotiana tabacum als Vertreter der PIP1-bzw. PIP2–Proteinfamilie zeigten bei identischen Aminosäure-Sequenzen innerhalb der Selektivitätsfilter der Pore in funktionellen Tests unterschiedliche Leitfähigkeitscharakteristiken. Während NtPIP2;1 eine hohe Wasserleitfähigkeit bedingte, erhöhte sich diese für Membranen die NtAQP1 enthielten fast nicht. Diese Arbeit sollte klären wodurch dieser so deutliche funktionelle Unterschied verursacht wird. Hierzu wurden chimäre Proteine aus NtAQP1 und NtPIP2;1 generiert. Der Austausch des N-Terminus von NtAQP1 mit dem von NtPIP2;1 erhöhte die H2O-Leitfähigkeit des chimären Proteins signifikant. Die entsprechenden Aminosäuren des N-Terminus von NtPIP2;1 sind somit Teil des Mechanismus, welcher zum Funktionsunterschied führt. Zudem konnte erstmalig gezeigt werden, dass zur H2O-Leitung von NtAQP1 die direkte Interaktion mit NtPIP2;1 notwendig ist indem das molare Verhältnis von NtAQP1 und NtPIP2;1 in einem Heterotetramer in Bezug zur Wasserleitfähigkeit der Membran gesetzt wurde. Dies ist eine weitere Erklärung für die offensichtlichen Unterschiede in der Funktion. Neben Protein-Protein-Wechselwirkungen sollen posttranslationale Modifikationen wie Phosphorylierung und Protonierung die Funktion von pflanzlichen PIP beeinflussen. Nach der Überprüfung der Wirkung von Modifikationen auf die Funktion von NtAQP1 und NtPIP2;1 konnte ein regulativer Einfluss von posttranslationaler Phosphorylierung auf die Funktion der beiden Aquaporine ausgeschlossen werden. Alleine die Protonierung modulierte, durch einen noch nicht beschriebenen Mechanismus, die H2O-Leitfähigkeit von NtPIP2;1.

Item Type: Ph.D. Thesis
Erschienen: 2007
Creators: Fischer, Matthias
Title: Untersuchungen zur Modifikation von Aquaporinen aus Nicotiana tabacum
Language: German
Abstract:

Die Aquaporine NtAQP1 und NtPIP2;1 aus Nicotiana tabacum als Vertreter der PIP1-bzw. PIP2–Proteinfamilie zeigten bei identischen Aminosäure-Sequenzen innerhalb der Selektivitätsfilter der Pore in funktionellen Tests unterschiedliche Leitfähigkeitscharakteristiken. Während NtPIP2;1 eine hohe Wasserleitfähigkeit bedingte, erhöhte sich diese für Membranen die NtAQP1 enthielten fast nicht. Diese Arbeit sollte klären wodurch dieser so deutliche funktionelle Unterschied verursacht wird. Hierzu wurden chimäre Proteine aus NtAQP1 und NtPIP2;1 generiert. Der Austausch des N-Terminus von NtAQP1 mit dem von NtPIP2;1 erhöhte die H2O-Leitfähigkeit des chimären Proteins signifikant. Die entsprechenden Aminosäuren des N-Terminus von NtPIP2;1 sind somit Teil des Mechanismus, welcher zum Funktionsunterschied führt. Zudem konnte erstmalig gezeigt werden, dass zur H2O-Leitung von NtAQP1 die direkte Interaktion mit NtPIP2;1 notwendig ist indem das molare Verhältnis von NtAQP1 und NtPIP2;1 in einem Heterotetramer in Bezug zur Wasserleitfähigkeit der Membran gesetzt wurde. Dies ist eine weitere Erklärung für die offensichtlichen Unterschiede in der Funktion. Neben Protein-Protein-Wechselwirkungen sollen posttranslationale Modifikationen wie Phosphorylierung und Protonierung die Funktion von pflanzlichen PIP beeinflussen. Nach der Überprüfung der Wirkung von Modifikationen auf die Funktion von NtAQP1 und NtPIP2;1 konnte ein regulativer Einfluss von posttranslationaler Phosphorylierung auf die Funktion der beiden Aquaporine ausgeschlossen werden. Alleine die Protonierung modulierte, durch einen noch nicht beschriebenen Mechanismus, die H2O-Leitfähigkeit von NtPIP2;1.

Place of Publication: Darmstadt
Publisher: Technische Universität
Uncontrolled Keywords: Aquaporine, Wassertransport, Regulation, Phosphorylierung
Divisions: 10 Department of Biology
Date Deposited: 17 Oct 2008 09:22
Official URL: urn:nbn:de:tuda-tuprints-9099
License: only the rights of use according to UrhG
Referees: Kaldenhoff, Prof. Dr. Ralf and Thiel, Prof. Dr. Gerhard
Refereed / Verteidigung / mdl. Prüfung: 23 November 2007
Alternative keywords:
Alternative keywordsLanguage
aquaporin, water transport, phosphorylation, protonationEnglish
Alternative Abstract:
Alternative abstract Language
The Aquaporins NtAQP1 and NtPIP2;1 from Nicotiana tabacum exhibit different water conductivities in functional characterization assays despite similar amino acid sequences in the selectivity filters. NtPIP2;1 expression in Xenopus laevis oocytes caused high water permeability whereas NtAQP1 reveals low water conductivity. The aim of this thesis was to identify the structural basis and/or regulation mechanisms which affect the functional difference of NtAQP1 and NtPIP2;1. The exchange of the amino acid sequence of the n-terminus of NtAQP1 with the of NtPIP2;1 increased significantly the water conductivity of the chimeric protein compared to the native NtAQP1. Accordingly the N-terminus of NtPIP2;1 contributes to the mechanism causing the functional difference. In Addition direct interaction of NtAQP1 and NtPIP2;1 in a heterotetramer led to water channel function of NtAQP1. This was indicated by connecting the molar ratio of NtAQP1 and NtPIP2;1 in artificial heterotetramers to the water permeability of the membrane. Beside protein-protein interactions post translational modifications like phosphorylation or protonation could modify the function of plant aquaporins. Following analysis of modifications on the function of NtAQP1 and NtPIP2;1 phosphorylation could be excluded as a regulative mechanism. The protonation of NtPIP2;1 caused decreased water conductivity of the channel, however by a not yet identified mechanism.English
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