Functional analysis of the ESCRT machinery in membrane trafficking and remodeling in Arabidopsis thaliana
| dc.contributor.author | Mosesso, Niccolo | |
| dc.date.accessioned | 2024-11-26T06:20:49Z | |
| dc.date.issued | 2024 | |
| dc.description.version | published | |
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| dc.identifier.uri | https://kops.uni-konstanz.de/handle/123456789/71448 | |
| dc.language.iso | eng | |
| dc.rights | terms-of-use | |
| dc.rights.uri | https://rightsstatements.org/page/InC/1.0/ | |
| dc.subject | Autophagy | |
| dc.subject | ESCRT | |
| dc.subject | Clathrin-mediated endocytosis | |
| dc.subject | CaLB1 | |
| dc.subject | ALIX | |
| dc.subject | C2 domain | |
| dc.subject | Phase separation | |
| dc.subject.ddc | 570 | |
| dc.title | Functional analysis of the ESCRT machinery in membrane trafficking and remodeling in Arabidopsis thaliana | eng |
| dc.type | DOCTORAL_THESIS | |
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| kops.date.examination | 2024-09-24 | |
| kops.date.yearDegreeGranted | 2024 | |
| kops.description.abstract | Pflanzen haben eine Vielzahl von Strategien entwickelt, um mit den sich ständig ändernden Umweltbedingungen fertig zu werden. Jede Zelle in jedem Organ und Gewebe muss extrazelluläre Signale in intrazelluläre Reaktionen umwandeln. Diese Reaktionen finden auf verschiedenen Ebenen statt: 1.) die Regulierung der Proteinhäufigkeit oder Proteostase; 2.) die Produktion, das Recycling und der Abbau organischer Verbindungen innerhalb der Zelle; 3.) die Regulierung der Biogenese, der Entwicklung und des Abbaus von Organellen; 4.) die Modulation von Membranumbauvorgängen. Anhand der Modellpflanze Arabidopsis thaliana hat sich diese Arbeit auf die molekulare Maschinerie konzentriert, die an diesen zellulären Regulierungswegen beteiligt ist. Insbesondere haben wir die ESCRT-Maschinerie und ihre Funktion im endosomalen Transport Weg, im bei der Autophagie und bei Membranreparaturen untersucht. Die ESCRT- Maschinerie besteht aus vier Komplexen: ESCRT-0, ESCRT-I, ESCRT-II und ESCRT-III. Die Untereinheiten der ESCRTs können Phospholipide binden und die Komplexe an zellulären Membranen verankern, Proteinfrachten für ihre Sortierung an der Plasmamembran und an endosomalen Membranen binden und die Komplexe interagieren untereinander. Im Gegensatz zu anderen Eukaryoten ist der ESCRT-0-Komplex in Pflanzen nicht vorhanden. In dieser Studie haben wir beschrieben, wie Pflanzen verschiedene pflanzenspezifische Proteine entwickelt haben, die die Funktion von ESCRT-0 im Rahmen der Endozytose und des endosomalen Transports für die Sortierung von Membranproteinen an der Plasmamembran und an Endosomen übernehmen. Darüber hinaus haben wir eine Methode zur Reinigung von Clathrin-beschichteten Vesikeln aus Arabidopsis-Keimlingen beschrieben, ein Werkzeug zur Untersuchung des Clathrin-vermittelten Endocytose, der für physiologische und Entwicklungsprozesse in Pflanzen wesentlich ist. Unter allen ESCRTs ist ESCRT-III der einzige Komplex, der in der Lage ist, Membranumbauvorgänge wie Membranfusion, -spaltung und -knospung zu ermöglichen. Die molekularen Mechanismen, die der Rekrutierung von ESCRT-III in verschiedene Membrankompartimente zugrunde liegen, sind jedoch noch lange nicht vollständig geklärt. In unseren Studien konzentrierten wir uns auf den molekularen Mechanismus für die Rekrutierung von ESCRT-III an Autophagosomen in einem als Autophagie bezeichneten Prozess. Die Autophagie ist ein konservierter katabolischer Prozess in Eukaryoten, der das Recycling von nicht funktionsfähigen Organellen, Proteinaggregaten und anderen biologischen Makromolekülen unter Stressbedingungen ermöglicht. Das Recycling erfolgt durch die Einkapselung der geschädigten und nicht funktionsfähigen Zellbestandteile in das Autophagosom und ihre anschließende Abgabe an lytische Abteilungen. Die Reifung von Autophagosomen wird durch viele verschiedene mit der Autophagie zusammenhängende Proteine erleichtert, die die autophagischen Membranen lokalisiert sind. Der letzte Schritt der Autophagosom-Reifung beinhaltet den Verschluss des Doppelmembrankompartiments, der durch ESCRT-III vermittelt wird. In dieser Studie haben wir CaLB1, einen neuartigen Interaktor des ESCRT-assoziierten Proteins ALIX, charakterisiert. CaLB1 und ALIX werden durch Salz induziert und lokalisieren sich auf salzinduzierten Autophagosomen, am Rand der autophagischen Membran. CaLB1 kann in vitro und in vivo eine Phasentrennung erfahren und stimuliert die Kondensation von ALIX auf Autophagosomen. Unsere Ergebnisse deuten auf einen molekularen Mechanismus hin, bei dem CaLB1 und ALIX an der Verschlussstelle des Autophagosoms eine Phasentrennung durchlaufen, was die Einbindung von ESCRT-III erleichtert und die Funktion von ESCRT-III an autophagischen Membranen moduliert. Darüber hinaus haben wir gezeigt, dass die ESCRT-I-Untereinheit VPS23.1 neben CaLB1 und ALIX auf Autophagosomen lokalisiert werden kann und in der Lage ist, eine Phasentrennung zu durchlaufen, was auf eine mögliche synergistische Funktion von ESCRT-I, ALIX und CaLB1 auf Autophagosomen hindeutet. Darüber hinaus könnte der molekulare Knotenpunkt ALIX- CaLB1 eine Rolle bei der Rekrutierung von ESCRT-III an der Plasmamembran spielen. Insgesamt bietet unsere Arbeit ein umfassenderes Verständnis des molekularen Netzwerks, das zwischen dem endosomalen Transport und der Autophagie besteht, und unterstreicht die enge Verbindung zwischen diesen beiden Stoffwechselwegen. | deu |
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| temp.date.embargoEnd | 2026-11-21 |
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