Function of an intermembrane space chaperone complex in protein import into chloroplasts
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Ziel dieses Projektes war es, die Funktion eines Translokationskomplexes im Intermembranraum von Chloroplasten zu entschlüsseln, wobei sowohl lösliche Komponenten im Intermembranraum selbst als auch mögliche Interaktionspartner in der inneren und äußeren Hüllmembran untersucht wurden. Im Rahmen dieses Projektes gelang es, durch Untersuchung von knock out-Mutanten, erstmalig Aufschluss über die in vivo-Funktion zweier Homologe der Importkomponente Tic22 aus Arabidopsis thaliana, atTic22-III und –IV zu gewinnen. Während die Einzel-knock out-Mutanten beider Gene nur zu einem moderaten Phänotyp führten, zeigte sich bei einem Doppel-knock out ein deutlich sichtbarer Phänotyp mit verzögertem Wachstum, chlorotischen Blättern in frühen Entwicklungsstadien und unter Starklichtbedingungen, sowie eine verringerte Importrate und geringere photosynthetische Leistung. Durch Analyse einer Insertionsmutante des Cyanobakteriums Anabaena sp. PCC 7120 wurde eine evolutionäre Konservierung von Tic22 aufgezeigt. Tic22 aus Anabaena sp. PCC 7120 ist in Periplasma und Thylakoiden lokalisiert, interagiert mit dem cyanobakteriellen Homolog des Translokationskanals Toc75, Omp85, und ist in die Biogenese der äußeren Membran involviert. Seine Funktion ist essentiell und kann durch eukaryotisches Tic22 ersetzt werden. Die Analyse der Kristallstruktur ergab, dass das Protein über hydrophobe Taschen verfügt, wie sie auch in den bakteriellen Chaperonen BamB und ClpS zu finden sind. Eine Untersuchung der Lokalisation und Topologie von vier Homologen des Translokationskanals Tic20 aus Arabidopsis thaliana, atTic20-I, -II, -IV und -V, als möglichen Interaktionspartnern für Komponenten eines Intermembranraum-Komplexes in der inneren Hüllmembran zeigte, dass zwei dieser Homologe, atTic20-I und -II, in der inneren Hüllmembran zu finden sind, während atTic20-IV dual in der inneren Hüllmembran von Chloroplasten und Mitochondrien, und atTic20-V in den Thylakoiden lokalisiert ist. Die vier Homologe verfügen über vier Transmembranhelices, wobei C- und N-Terminus ins Stroma ragen. Die vergleichende Untersuchung des Phänotyps von T-DNA-Insertionsmutanten der für die Importrezeptoren atToc64-III und atToc33 kodierenden Gene in Arabidopsis thaliana ergab distinkte Phänotypen beider Mutanten, wobei die Untersuchung einer Doppelmutante auf ein Zusammenspiel beider Komponenten hindeutet. Zur Untersuchung der Importkompetenz der Mutanten wurde ein neuer in vivo-Assay entwickelt und erfolgreich zur Anwendung gebracht.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2011). The localization of Tic20 proteins in Arabidopsis thaliana is not restricted to the inner envelope membrane of chloroplasts. Plant Mol Biol. 77: 381-90
Machettira A.B., Gross L.E., Sommer M.S., Weis B.L., Englich G., Tripp J., and Schleiff E.
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(2012). Structure and conservation of the periplasmic targeting factor Tic22 protein from plants and cyanobacteria. J Biol Chem. 287: 24164-73
Tripp, Joanna; Hahn, Alexander; Koenig, Patrick; Flinner, Nadine; Bublak, Daniela; Brouwer, Eva M.; Ertel, Franziska; Mirus, Oliver; Sinning, Irmgard; Tews, Ivo & Schleiff, Enrico
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(2013). In vivo function of Tic22, a protein import component of the intermembrane space of chloroplasts. Mol Plant 6: 817-29
Rudolf, Mareike; Machettira, Anu B.; Groß, Lucia E.; Weber, Katrin L.; Bolte, Kathrin; Bionda, Tihana; Sommer, Maik S.; Maier, Uwe G.; Weber, Andreas P.M.; Schleiff, Enrico & Tripp, Joanna
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(2013). Toc33 and Toc64-III cooperate in precursor protein import into the chloroplasts of Arabidopsis thaliana. Plant Cell Environ. 36: 970-83
SOMMER, MANUEL; RUDOLF, MAREIKE; TILLMANN, BODO; TRIPP, JOANNA; SOMMER, MAIK S. & SCHLEIFF, ENRICO
