dc.contributor.author
Leuendorf, Jan Erik
dc.date.accessioned
2018-06-07T18:38:36Z
dc.date.available
2012-01-02T10:16:43.621Z
dc.identifier.uri
https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/5269
dc.identifier.uri
http://dx.doi.org/10.17169/refubium-9468
dc.description.abstract
Vitamin B6 übt in Form von Pyridoxal 5‘-Phosphat (PLP) als Kofaktor eine
entscheidende Funktion für viele essentielle enzymatische Reaktionen in
diversen Stoffwechselwegen aus und ist damit unverzichtbar für alle
Organismen. Pflanzen, Pilze, Archaeen und einige Bakterien besitzen die
Fähigkeit, Vitamin B6 selbst herzustellen. Tierische Organismen, der Mensch
eingeschlossen, können dagegen Vitamin B6 nicht neu synthetisieren und sind
auf dessen Aufnahme durch die Nahrung angewiesen. In Pflanzen wird das Vitamin
durch die Aktivität der Enzyme PDX1 und PDX2 gebildet. In der vorliegenden
Arbeit wurde die pflanzliche Vitamin B6 Biosynthese in Arabidopsis thaliana
und Ginkgo biloba untersucht und wichtige Informationen über die Funktion der
PDX Proteine erlangt. A. thaliana kodiert für drei PDX1 Proteine, AtPDX1.1,
AtPDX1.2 und AtPDX1.3, sowie ein PDX2 Protein. Anhand von AtPDX
Überexpressionslinien konnte gezeigt werden, daß der Gehalt an Vitamin B6 im
Blattgewebe durch die ektopische Expression eines einzelnen AtPDX1 Proteins,
AtPDX1.1, signifikant erhöht werden kann. Dagegen führte die ektopische
Expression von AtPDX1.3 zu lichtsensiblen Pflanzen mit einem verringerten
Vitamin B6 Gehalt und stark veränderten Metabolitwerten. Analysen der AtPDX1
und AtPDX2 Proteine durch Größenausschlußchromatographie und Blue Native Page
zeigten, daß die Proteine in hochmolekularen Komplexen in der Pflanzenzelle
vorliegen. Die Untersuchungen mit dem BIFC System wiesen zudem nach, daß die
AtPDX1 Proteine in homomeren und heteromeren Komplexen in planta vorliegen
können. Die Daten geben damit erstmals Hinweise auf die Bildung einer
pflanzlichen PLP Synthase. Überraschenderweise konnte das biosynthetisch
inaktive AtPDX1.2 Protein ebenfalls in hochmolekularen Komplexen nachgewiesen
werden, was eine Bedeutung des Proteins in PLP Synthasekomplexen denkbar
macht. Die weiteren Untersuchungen an AtPDX1.2 weisen zudem auf eine
Beteiligung des Proteins an Vorgängen in der Embryogenese sowie bei der
zellulären Stressantwort hin. Darüber hinaus konnte At5g65840 als AtPDX1
Interaktor bestätigt werden und könnte somit neue Funktionen für AtPDX1
aufzeigen. At5g65840 ist als putative Alkyl-Hydroperoxid Reduktase und Thiol-
spezifisches Antioxidant beschrieben und könnte daher zusammen mit AtPDX1
Proteinen eine wichtige Rolle unter Stressbedingungen spielen. Im zweiten Teil
der Arbeit wurde zum ersten Mal eine Analyse des Vitamin B6 biosynthetisch
aktiven PDX1 Proteins von G. biloba durchgeführt. Die PDX1 Proteine von Ginkgo
und Arabidopsis weisen einen hohen Konserviertheitsgrad auf, der durch eine
phänotypische Komplementation der Vitamin B6 defizienten Arabidopsis rsr4-1
Mutante bestätigt werden konnte. Zudem zeigen die PDX1 Proteine der beiden
Spezies eine hohe Übereinstimmung in ihren Bindungseigenschaften. Die
subzelluläre Expression von GbPDX1 in G. biloba weist darüber hinaus auf eine
Kopplung der Vitamin B6 Biosyntheseaktivität und dem
4’-O-methylpyridoxine-(Ginkgotoxin)-gehalt, was für das Verständnis der
Ginkgotoxinbildung einen wichtigen Schritt darstellt. Insgesamt zeigen die in
der vorgelegten Arbeit gesammelten Daten die Wichtigkeit der PDX Proteine für
die Vitamin B6 Biosynthese und unterstreichen damit deren Bedeutung für den
pflanzlichen Metabolismus.
de
dc.description.abstract
Vitamin B6 is an important compound for all living organisms and serves as
pyridoxal 5’-phosphate (PLP) as an enzymatic cofactor for a broad range of
biochemical reactions. Plants, fungi, archaea and some bacteria are able to de
novo synthesize vitamin B6, whereas animals, including humans, rely on the
external supply of the vitamin B6. In plants, the vitamin B6 is synthesized by
the action of PDX1 and PDX2 proteins. The present work provides new
information about plant PDX proteins and their function in vitamin B6
biosynthesis of Arabidopsis thaliana and Ginkgo biloba. Arabidopsis encodes
for three different PDX1 proteins, named AtPDX1.1, AtPDX1.2 and AtPDX1.3 but
only for one AtPDX2 protein. Analysis of plants overexpressing the different
AtPDX proteins show that ectopic expression of AtPDX1.1 protein is sufficient
to significantly increase the vitamin B6 content in Arabidopsis leaves.
Interestingly, ectopic expression of specifically AtPDX1.3 caused a light
sensitive plant phenotype, as well as reduced vitamin B6 levels and widely
changed metabolite profile. Size exclusion chromatography and blue native page
analysis revealed that AtPDX1 and AtPDX2 proteins assemble in high molecular
weight complexes. By using BIFC technology, in planta assembly of the
different AtPDX1 proteins was demonstrated. This allows postulation of
homomeric and heteromeric AtPDX1 complexes. The data provide first insights
into plant vitamin B6 PLP synthase complex formation. Noteworthy, AtPDX1.2 is
also present in the described high molecular order complexes, although it has
no vitamin B6 biosynthetic activity in vitro. This suggests a role of AtPDX1.2
in the PLP synthase complex. Further studies on AtPDX1.2 connect the function
of the protein with embryo development and cellular stress response. The work
on the AtPDX1 binding protein At5g65840 suggests new functions for AtPDX1
proteins. At5g65840 is described as a putative alkyl-hydroperoxide reductase
und thiol-specific antioxidant, and it is potentially possible that AtPDX1 and
At5g65840 proteins are connected in their function in aboitic stress response.
The second part of this thesis focuses on the functional characterization of a
GbPDX1 protein. Ginkgo and Arabidopsis PDX1 proteins show a high degree of
functional conservation which was demonstrated by yeast-two-hybrid assays and
functional complementation of the Arabidopsis PDX1.3 mutant rsr4-1.
Furthermore the high expression of GbPDX1 in G. biloba tissues with increased
amounts of 4’-O-methylpyridoxine (ginkgotoxin) leads to the assumption, that
the formation of ginkgotoxin depends on the rate of vitamin B6 biosynthesis.
Overall the work presented in this thesis underscores the significance of PDX
proteins for vitamin B6 biosynthesis and whole metabolism in plants.
en
dc.format.extent
IV, 162 S.
dc.rights.uri
http://www.fu-berlin.de/sites/refubium/rechtliches/Nutzungsbedingungen
dc.subject
Vitamin B6 biosynthesis
dc.subject
metabolite profiling
dc.subject
PDX complex formation
dc.subject.ddc
500 Naturwissenschaften und Mathematik::570 Biowissenschaften; Biologie::576 Genetik und Evolution
dc.title
Charakterisierung der PDX Proteine in Arabidopsis thaliana und Ginkgo biloba
dc.contributor.contact
j.e.leuendorf@fu-berlin.de
dc.contributor.firstReferee
Professor Dr. Hanjo Hellmann
dc.contributor.furtherReferee
Professor Dr. Thomas Schmülling
dc.date.accepted
2011-05-31
dc.date.embargoEnd
2011-12-31
dc.identifier.urn
urn:nbn:de:kobv:188-fudissthesis000000024003-8
dc.title.translated
Characterisation of PDX proteins in Arabidopsis thaliana and Ginkgo biloba
en
refubium.affiliation
Biologie, Chemie, Pharmazie
de
refubium.mycore.fudocsId
FUDISS_thesis_000000024003
refubium.mycore.derivateId
FUDISS_derivate_000000009810
dcterms.accessRights.dnb
free
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open access