title: Characterization of a minimized eukaryotic cytoplasm - the periplastidal compartment of the diatom Phaeodactylum tricornutum
title: Charakterisierung eines minimierten eukaryoten Cytoplasmas - das periplastidäre Kompartiment der Diatomee Phaeodactylum tricornutum
Creators: name: Moog, Daniel
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2013
Subjects: diatom, minimized cytoplasm
minimiertes Cytoplasma
Endosymbiose
Evolution , Algen
periplastidal compartment
Biowissenschaften, Biologie
complex plastid
komplexe Plastide
red algal endosymbiont
Phaeodactylum tricornutum , Plastide
Proteomanalyse
Proteintransport
periplastidäres Kompartiment
Phosphattranslokator
endosymbiosis

description: Diatomeen besitzen zwei divergente
      eukaryote Cytoplasmen: (i) das Cytosol der Wirtszelle, und
      (ii) das periplastidäre Kompartiment (PPC), welches das
      reduzierte Cytoplasma eines rhodophytischen Endosymbionten
      (komplexe Plastide) darstellt. Letzteres findet sich bei
      einer Vielzahl ökologisch höchst relevanter Mikroalgen und
      pathogener Protisten (Apicomplexa), welche komplexe Plastiden
      mit vier Hüllmembranen besitzen. Über die
      Proteinzusammensetzung und Funktion des PPC war bisher nur
      wenig bekannt. Im Rahmen dieser Arbeit wurde die
      Proteinkomposition des PPC der Diatomee Phaeodactylum
      tricornutum über einen kombinierten in silico/in vivo Ansatz
      untersucht. PPC-Kandidaten wurden dabei anhand der Präsenz
      spezifischer N-terminaler Zielsteuerungssequenzen genomisch
      identifiziert und über die Expression von
      eGFP-Fusionsproteinen auf ihre subzelluläre Lokalisation
      untersucht. Insgesamt konnten dadurch in dieser Arbeit 29
      neue PPC-Proteine detektiert werden, welche sowohl bereits
      bekannte Funktionen im PPC, wie Proteintransport (SELMA),
      Proteinfaltung und Metabolismus, ergänzen, als auch auf
      bisher unbekannte putative Prozesse im PPC hindeuten.
      Insbesondere sind dabei Proteolyse und Degradation,
      Plastidenteilung, Lipidtransfer und eine potentielle
      strukturelle Organisation zu nennen. In gleichem Maße
      relevant sind Prozesse, die im Zuge bioinformatischer
      Analysen nicht im PPC der Diatomee detektiert werden konnten,
      was für klassische eukaryote Cytoskelett- und
      Vesikelkomponenten, sowie typische
      Signaltransduktionsfaktoren zutrifft. Die Ergebnisse dieser
      Arbeit legen nahe, dass es sich beim PPC von P. tricornutum
      um ein auf natürliche Weise minimiertes eukaryotes Cytoplasma
      mit stark begrenzten metabolischen und zellulären Kapazitäten
      handelt, welches mit einem autonomen eukaryoten Cytoplasma
      nur wenige Gemeinsamkeiten aufweist und dessen Funktion
      höchstwahrscheinlich vor allem der Selbsterhaltung und
      Homöostase der ehemals primären Plastide dient. Ein weiteres
      Thema dieser Arbeit beschäftigte sich mit der Identifizierung
      und Lokalisation von Metabolittranslokatoren in P.
      tricornutum, die eine Verbindung zwischen den
      Stoffwechselprozessen von Wirt und Symbiont ermöglichen.
      Dabei gelang es mittels in silico Analysen und anschließenden
      in vivo GFP-Lokalisationsstudien mehrere putative
      Triosephosphat/Phosphat Translokatoren in den Membranen der
      komplexen Plastide von P. tricornutum nachzuweisen. Die
      Ergebnisse deuten darauf hin, dass diese, möglicherweise
      durch den Transport von Triosephosphaten, eine metabolische
      Kommunikation zwischen Wirt und Symbiont gewährleisten
      könnten.
description: Diatoms maintain two evolutionary
      different cytoplasms: (i) the cytosol of the host cell and
      (ii) the periplastidal compartment (PPC), which resembles the
      reduced cytoplasm of a red algal endosymbiont (complex
      plastid). The PPC is present in a multitude of ecological
      highly relevant microalgae and pathogenic protists
      (Apicomplexa) that contain complex plastids surrounded by
      four membranes. Knowledge about the protein composition and
      function of the PPC as yet was only sparse. Therefore in this
      study the protein composition of the PPC of the diatom
      Phaeodactylum tricornutum was analyzed using a combined in
      silico/in vivo approach. PPC candidates were identified in
      the genome by means of specific N-terminal targeting
      sequences followed by expression of eGFP fusion proteins to
      investigate their subcellular localizations. This screen
      resulted in the identification of a total of 29 new PPC
      proteins, including further proteins for already known
      functions like protein transport (SELMA), protein folding and
      metabolism, as well as factors indicating new functions in
      the PPC. These cover protein degradation and processing,
      plastid division, lipid transfer and a potential structural
      organization. Equally important were processes genomically
      not detectable in the PPC, which was true for typical
      eukaryotic vesicular and cytoskeleton components as well as
      proteins for classical signal transduction. The results of
      this work indicate that the PPC is a naturally minimized
      eukaryotic cytoplasm with reduced metabolic and cellular
      capacities showing less similarity to an autonomous
      eukaryotic cytoplasm. Furthermore the results suggest that
      the PPC is mainly involved in maintenance of the former
      primary plastid and its own integrity. A further topic of
      this study dealt with the identification and localization of
      metabolite translocators that might generate a link between
      metabolic symbiont and host pathways. A combination of in
      silico analyses and in vivo localization studies succeeded in
      detection of several putative triosephosphate/phosphate
      translocators in the membranes of the complex plastid of P.
      tricornutum. The results indicate that these proteins could
      facilitate a metabolic communication of host and symbiont,
      possibly by transport of triosephosphates.