Molecular components and organelles involved in calcium-mediated signal-transduction in Paramecium

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Datum
2006
Autor:innen
Sehring, Ivonne Margarete
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Zusammenwirken molekularer Komponenten und Organelle bei der Calcium-vermittelten Signaltransduktion in Paramecium
Forschungsvorhaben
Organisationseinheiten
Zeitschriftenheft
Publikationstyp
Dissertation
Publikationsstatus
Published
Erschienen in
Zusammenfassung

This thesis works on two themes. In the first part of the work, calcium dynamics upon triggering of Paramecium cells with GTP were performed using fluorochrome analysis. The results are presented in Sehring et al. (2004). Paramecium reacts upon GTP response with periodic back- and forward swimming. A reversion of the cilia stroke is achieved by high levels of calcium in cilia. On electrophysiology level, this behavioural response is accompanied with depolarisations of the membrane potential. In this work, different components which were proposed to be involved in the intracellular signaling (according to the model of Wessenberg et al. 1997; Figure 6) were investigated. We showed that calcium from the external medium as well as from intracellular stores is involved in signal transduction. In contrast to the model, neither the voltage-dependent ciliary calcium channels nor the cortical calcium stores, the alveolar sacs, participate in the reaction. The identity of the influx channels is still unknown. As intracellular store the ER could take part. Both needs further investigations.
As could be shown, the alveolarsacs are not involved in the reaction upon triggering with GTP. But as cortical calcium stores, they play a major role in exocytosis. An open question is their positioning and structural connection to the plasma membrane. A potential candidate is actin, as it was shown to be involved in calcium signaling in other systems. Thus, in the second part of this thesis, actin in Paramecium was investigated. At the beginning, a polyclonal antibody against actin1-1 was available which was used for immunohistological studies. The data obtained were published in Kissmehl et al. (2004). With the ongoing genome project, all genes coding for actin, actin-related proteins or actin-like proteins in Paramecium could be identified. A characterization of the paralogs on nucleotide and amino acid level is presented in the manuscript Kissmehl et al. (2006). Some of the genes were analyzed in detail, especially their localization using green-fluorescent proteins and/or specific antibodies, and their functional significance using RNAi (RNA interference). The obtained data revealed a specific targeting for some of the paralogs with a consistent differentiation function. The results are presented in the manuscript Sehring et al. (2006).

Zusammenfassung in einer weiteren Sprache

In dieser Doktorarbeit wurden zwei Themenkomplexe bearbeitet. Im ersten Teil der Arbeit wurde die Calciumdynamik während der Erregung von Parameciumzellen durch GTP mittels Fluorochromanalyse untersucht. Die Ergebnisse wurden in der Arbeit Sehring et al. (2004) veröffentlicht. Zugabe von GTP in das Medium führt zu periodischen Vor- und Rückwärtsschwimmen der Zellen. Eine Umkehrung des Cilienschlags wird durch einen Anstieg der Calciumkonzentration in den Cilien ausgelöst. Elektrophysiologisch ließen sich währenddessen Depolarisationen des Membranpotentials mit gleicher Periodizität aufnehmen. In dieser Arbeit wurde durch verschiedene Versuchsansätze überprüft, inwieweit die nach dem Modell von Wessenberg et al. (1997) beteiligten Komponenten (siehe Figur 6) tatsächlich bei der Weiterleitung des extrazellulären Signals eine Rolle spielen. Es konnte gezeigt werden, das sowohl Calcium aus dem Medium als auch aus intrazellulären Speichern an der Signalvermittlung beteiligt ist. Allerdings sind, im Gegensatz zum vorgeschlagenem Modell, weder die spannungsabhängigen Calciumkanäle in den Cilien noch die kortikalen Calciumspeicher, die Alveolarsäcke, in die Reaktion eingebunden. Über welche Calciumkanäle der Einfluss in die Zelle vonstatten geht ist noch ungeklärt. Als intrazellulärer Speicher könnte das ER beteiligt sein. Beides bedarf weiterer Analysen.
Die Alveolarsäcke sind, wie gezeigt werden konnte, nicht an der Calciumreaktion auf GTP beteiligt. Als kortikale Calciumspeicher spielen sie jedoch während der Exocytose eine wichtige Rolle. Eine nach wie vor offene Frage ist dabei die Positionierung und strukturelle Verbindung der Alveolarsäcke an der Zellmembran. Ein möglicher Kandidat hierfür ist Aktin, dessen Beteiligung bei Calciumreaktionen in anderen Systemen nachgewiesen werden konnte. Im zweiten Teil der Arbeit wurde daher Aktin in Paramecium untersucht. Zu Beginn der Doktorarbeit stand ein polyklonaler Antikörper gegen Aktin 1-1 zur Verfügung, der für immunhistologische Studien verwendet wurde. Die Ergebnisse wurden in der Arbeit Kissmehl et al. (2004) veröffentlicht. Mit dem fortschreitendem Paramecium Genomprojekt während dieser Doktorarbeit konnten alle Gene, die Aktin, actin-related proteins oder actin-like proteins in Paramecium codieren, identifiziert werden. Eine Analyse der unterschiedlichen Paraloge auf Nucleotid- und Aminosäurenebene wird im Manuskript Kissmehl et al. (2006) gezeigt. Mehrere Gene wurden im Detail analysiert, speziell in Bezug auf Lokalisierung unter Verwendung des Green-fluorescent-proteins und/oder spezifischer Antikörper, und auf ihre funktionelle Bedeutung mit RNAi (RNA interference). Es konnte gezeigt werden, dass die einzelnen Subfamilien zum Teil unterschiedlich in der Zelle lokalisiert sind, und dass diese Lokalisierung mit differenzierten Funktionen der Paraloge übereinstimmt. Die Ergebnisse werden in dem Manuskript Sehring et al. (2006) dargestellt.

Fachgebiet (DDC)
570 Biowissenschaften, Biologie
Schlagwörter
Paramecium tetraurelia, Calcium, Calcium dynamic, GTP, Actin, F-actin, Actin-related protein (ARP)
Konferenz
Rezension
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Zitieren
ISO 690SEHRING, Ivonne Margarete, 2006. Molecular components and organelles involved in calcium-mediated signal-transduction in Paramecium [Dissertation]. Konstanz: University of Konstanz
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December 1, 2006
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