title: Studying the targeting of frustule-associated proteins in the centric diatom Thalassiosira pseudonana
title: Untersuchung der Lokalisation von Frustel-assoziierten Proteinen in der zentrischen Diatomee Thalassiosira Pseudonana
titleType: AlternativeTitle
Creators: name: Fattorini, Neri
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2022
Subjects: Life sciences
Biowissenschaften, Biologie

description: Diatomeen sind einzellige, photosynthetische Organismen von höchster ökologischer Bedeutung. Sie sind bekannt für ihre Fähigkeit, die im Wasser gelöste Kieselsäure zu nutzen, um eine Zellwand, das so genannte Frustulum, zu synthetisieren. Das Frustulum hat für jede Art eine spezifische Morphologie, und ihre Synthese ist komplex und eng mit der Zellteilung und damit mit dem Zellzyklus verwoben. Die Diatomee T. pseudonana hat eine ausgeprägte silifizierte Zellwand und war die erste Kieselalgenart, deren Genom sequenziert wurde. Seit der Publikation der Sequenz im Jahre 2004 wurden zahlreiche Studien zur Biomineralisierung unternommen, und mehrere Proteine, die an der Bildung der Zellwand beteiligt sind, wie die Silaffine und Cinguline, wurden beschrieben, charakterisiert und in vivo lokalisiert. Es wird angenommen, dass diese Proteine in den sekretorischen Weg am ER eintreten, von wo aus sie dann mittels Vesikel zum Golgi und von dort zu einem Kompartiment, das „Silica Deposition Vesicle“ genannt wird (SDV), transportiert werden. Hier werden dann Zellwand-Komponenten synthetisiert und exozytiert. In der bisher einzigen publizierten Studie über das zelluläre Targeting von Frustulum-Proteinen in T. pseudonana wurden in Silaffinen kurze Abschnitte aus Aminosäuren, so-genannte Pentalysincluster (PLC), als potenzielle Targeting-Signale für das Frustulum identifiziert. In meinen Arbeiten habe ich das Targeting von zwei Cingulin- Proteinen (CinW2 und CinY2) und einem Silaffin (Sil3) mittels verschiedener Ansätze studiert. Zunächst wurde untersucht, ob PLC- ähnliche Regionen in Cingulinen (so genannte Lysine Enriched Regions oder LER) eine ähnliche Funktion haben wie die PLC von Silaffinen. Weiterhin war von Interesse, ob es möglich ist, „Valve“- oder „Girdle Band“- Targeting-Signale zu identifizieren, mit deren Hilfe ein „Valve“-lokalisiertes Protein in die „Girdle Bands“ dirigiert werden kann und vice versa. Da zwischen Genen, die für Frustulum-assoziierte Proteine kodieren, bemerkenswerte Unterschiede in der Genexpression bestehen, wurde weiterhin untersucht, ob die Transkriptionsregulation dieser Gene das Targeting der kodierten Proteine beeinflussen kann. Parallel hierzu wurden vorläufige Ergebnisse hinsichtlich der Isolierung der Promotoren von sil3, cinW2 und cinY2 erzielt. Darüber hinaus konnten, anhand von PLC ähnlichen Regionen sowie eines neue entdeckten Motivs, bisher unbekannte Zellwandproteine identifiziert werden.
description: Diatoms are unicellular and photosynthetic organisms of highest ecological relevance. They are very well known because of their ability to exploit the dissolved silica available in the water to synthetize a modified cell wall, called the frustule. The frustule has a specific morphology for each species, and its formation process is complex and strictly intertwined with cell division, and therefore with the cell cycle. The diatom T. pseudonana has a strongly silicified frustule and is the first diatom species whose genome was sequenced, in 2004; since then, it has been the subject of many biomineralization studies and several proteins involved in the formation of the frustule, such as the silaffins and the cingulins, have been described, characterized, and localized in vivo. These proteins are believed to enter the secretory pathway at the ER, from which are then transported via vesicles to the Golgi, and from there to the silica deposition vesicle (SDV). When the synthesis of the frustule components inside the SDV is completed, its content is exocytosed outside of the cell. The only published study on the targeting of frustule proteins in T. pseudonana had identified short stretches of amino acids called pentalysine clusters (PLC) as potential targeting signal to the frustule of silaffins. Here, I have investigated the targeting of two cingulin representatives (CinW2 and CinY2) and one silaffins (Sil3) following different approaches: first, I have studied whether the presence of PLC-like regions in cingulins (called lysine-enriched regions (or LERs)) indicate that these regions play a similar role as it was for the PLC of silaffins; I have also studied if it was possible to identify a clear valve- or girdle band-targeting signal and, in that case, if this signal could be used to direct a valve-protein to the girdle or vice versa; second, since there is a remarkable difference in the gene expression between frustule-associated protein-encoding genes, I have investigated if the transcriptional regulation of the genes can affect the targeting of the encoded proteins; in parallel, I have obtained preliminary results regarding the isolation of the promoters of sil3, cinW2, cinY2. Additionally, I have identified unknown frustule proteins based on the presence of a PLC-like regions as well as a new discovered motif.