@phdthesis{Senger2007,
  author    = {Senger, Toralf},
  title     = {Untersuchungen zur Metallhom{\"o}ostase in Arabidopsis thaliana},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-13234},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  year      = {2007},
  abstract  = {Alle Organismen sind f{\"u}r ihr {\"U}berleben auf Metalle angewiesen. Hierbei gibt es f{\"u}r jedes Metall einen Konzentrationsbereich, der das Optimum zwischen Metallmangel, -bedarf und -toxizit{\"a}t darstellt. Es gilt mittlerweile als erwiesen, dass alle Organismen zur Aufrechterhaltung des Metallgleichgewichts ein komplexes Netzwerk von Proteinen und niedermolekularen Verbindungen entwickelt haben. Die molekularen Komponenten dieses Netzwerks sind nur zu einem Teil bekannt und charakterisiert: In den letzten Jahren wurden einige Proteinfamilien identifiziert, deren Mitglieder Metalle durch Lipidmembranen transportieren. Eine dieser Metalltransporterfamilien ist die Cation Diffusion Facilitator (CDF)-Familie: Alle charakterisierten Mitglieder exportieren Metalle aus dem Zytoplasma - entweder in zellul{\"a}re Kompartimente oder aus der Zelle heraus. Von den zw{\"o}lf Mitgliedern dieser Familie in Arabidopsis thaliana (A. thaliana) - Metall Toleranz Protein (MTP)-1 bis -12 - wurden bisher AtMTP1 und AtMTP3 charakterisiert. In dieser Arbeit wird die Charakterisierung von AtMTP2 beschrieben. Wie die homologen Proteine AtMTP1 und AtMTP3 f{\"u}hrt AtMTP2 zu Zn-Toleranz, wenn es heterolog in Zn-sensitiven Hefemutanten exprimiert wird. Mit AtMTP2 transformierte Hefemutanten zeigten dar{\"u}ber hinaus erh{\"o}hte Co-Toleranz. Expression von chim{\"a}ren AtMTP2/GFP Fusionsproteinen in Hefe, A.thaliana protoplasten und in stabil transformierten A.thalinana Planzenlinien deutet auf Lokalisation of AtMTP2 in Membranen des Endoplasmatischen Retikulums (ER) hin, wenn GFP an den C-Terminus von MTP2 fusioniert wird. Fusion of GFP an den N-Terminus von AtMTP2 f{\"u}hrte zu Lokalisation in der vakuol{\"a}ren Membran, was wahrscheinlichsten auf Fehllokalisierung durch Maskierung eines ER-Retentionsmotivs (XXRR) am N-Terminus von AtMTP2 zur{\"u}ckgeht. Dies legt nahe, dass AtMTP2 die erw{\"a}hnten Metalle in das Endomembransystem der Zelle transportieren kann. Eine gewebespezifische Lokalisierung wurde mit Pflanzen durchgef{\"u}hrt, die das β-Glucuronidase (GUS)-Reporterprotein bzw. chim{\"a}re Fusionsproteine aus EGFP und AtMTP2 unter Kontrolle des nativen pMTP2-Promotors exprimierten. Diese Experimente best{\"a}tigten zum einen, dass der pMTP2-Promotor nur unter Zn-Defizienz aktiv ist. GUS-Aktivit{\"a}t wurde unter diesen Bedingungen in zwei Zonen der Wurzelspitze beobachtet: in den isodiametrischen Zellen der meristematischen Zone und in der beginnenden Wurzelhaarzone. Dar{\"u}ber hinaus konnte gezeigt werden, dass die EGFP-Fusionsproteine unter Kontrolle des nativen pMTP2-Promotors nur in epidermalen Zellen exprimiert werden. F{\"u}r eine homozygote Knockout- Linie, mtp2-S3, konnte bisher kein eindeutiger Ph{\"a}notyp identifiziert werden. Auf Grundlage der bisher durchgef{\"u}hrten Charakterisierung von AtMTP2 erscheinen zwei Modelle der Funktion von AtMTP2 in der Pflanze m{\"o}glich: AtMTP2 k{\"o}nnte essentiell f{\"u}r die Versorgung des ER mit Zn unter Zn-Mangelbedingungen sein. Hierf{\"u}r spricht, dass AtMTP2 in jungen, teilungsaktiven und damit Zn-ben{\"o}tigenden Wurzelzonen exprimiert wird. Die auf die Epidermis beschr{\"a}nkte Lokalisation k{\"o}nnte bei diesem Modell auf die M{\"o}glichkeit der zwischenzellul{\"a}ren Zn-Verteilung innerhalb des ER {\"u}ber Desmotubules hindeuten. Alternativ k{\"o}nnte AtMTP2 eine Funktion bei der Detoxifizierung von Zn unter Zn-Schock Bedingungen haben: Es ist bekannt, dass unter Zn- Mangelbedingungen die Expression der zellul{\"a}ren Zn-Aufnahmesysteme hochreguliert wird. Wenn nun die Zn-Verf{\"u}gbarkeit im Boden z. B durch eine pH-{\"A}nderung innerhalb kurzer Zeit stark ansteigt, besteht die Notwendigkeit der Entgiftung von Zn innerhalb der Zelle, bis der starke Einstrom von Zn ins Zytoplasma durch die Deaktivierung der Zn-Aufnahmesysteme und einer geringeren Expression in der Pflanze gedrosselt ist. Ein {\"a}hnlicher Mechanismus wurde in der B{\"a}ckerhefe S. cerevisae beschrieben, in der dar{\"u}ber hinaus ein Zn-Transporter verst{\"a}rkt exprimiert wird, der Zn durch Transport in die Vakuole entgiften kann. Es ist durchaus m{\"o}glich, dass in Arabidopsis AtMTP2 die Zn-Detoxifizierung unter diesen speziellen Bedingungen durch Zn-Transport in das ER oder die Vakuole vermittelt. Zur Identifikation weiterer Komponenten des Metallhom{\"o}ostasenetzwerks sind verschiedene Ans{\"a}tze denkbar. In dieser Arbeit wurde in Hefe ein heterologer Screen durchgef{\"u}hrt, um Interaktoren f{\"u}r vier Mitglieder der Arabidopsis-CDF-Familie zu identifizieren. Unter den 11 im Hefesystem best{\"a}tigten Kandidaten befindet sich mit AtSPL1 ein AtMTP1-Interaktionskandidat, der m{\"o}glicherweise eine Rolle bei der Cu-,Zn-Hom{\"o}ostase spielt. Als wahrscheinliche AtMTP3-Interaktionskandidaten wurde die c"-Untereinheit der vakuol{\"a}ren H+-ATPase AtVHA identifiziert sowie mit AtNPSN13 ein Protein, das vermutlich eine Rolle bei Fusionen von Vesikeln mit Zielmembranen spielt. Ein anderer Ansatz zur Identifikation neuer Metallhom{\"o}ostasegene ist die vergleichende Elementanalyse von nat{\"u}rlichen oder mutagenisierten Pflanzenpopulationen. Voraussetzung f{\"u}r diesen Ansatz ist die schnelle und genaue Analyse des Elementgehalts von Pflanzen. Eine etablierte Methode zur simultanen Bestimmung von bis zu 65 Elementen in einer Probe ist die Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometry (ICP OES). Der limitierende Faktor f{\"u}r einen hohen Probendurchsatz ist die Notwendigkeit, Proben f{\"u}r die Analyse zu verfl{\"u}ssigen. Eine alternative Methode der Probenzuf{\"u}hrung zum Analyseger{\"a}t ist die elektrothermale Verdampfung (ETV) der Probe. Zur weitgehend automatisierten Analyse von Pflanzenmaterial mit minimiertem Arbeitsaufwand wurde eine Methode entwickelt, die auf der Kopplung der ETV mit der ICP OES basiert.},
  language  = {de}
}