Zusammensetzung eukaryotischer RNase P aus pflanzlichen Zellkernen und Plastiden

Ribonuklease P (RNaseP) ist eine essentielle Endonuklease, welche die 5'-Flanke von pre-tRNAs entfernt. In nahezu allen bisher untersuchten Organismen und Organellen besteht das Holoenzym aus einer RNA-Untereinheit und einer Protein-Komponente. Nur die Zusammensetzung des Enzyms in den Chloroplasten und Mitochochondrien mehrzelliger Eukaryonten scheint unklar. Eine RNA-Untereinheit konnte hier bis jetzt nicht nachgewiesen werden. Um den Aufbau der RNaseP aus photosynthetischen Organellen zu klären, wurde die RNaseP aus den Cyanellen von Cyanophora paradoxa untersucht. Das Enzym enthält eine RNA, welche im Gegensatz zu bakteriellen RNaseP-RNAs nicht in der Lage ist, die pre-tRNA-Prozessierung unter invitro-Bedingungen durchzuführen, obwohl sie eindeutig dem cy- anobakteriellen Strukturtyp zugeordnet werden kann. Die Cyanellen-RNaseP-RNA aus C.paradoxa kann mit rekombinanten cyanobakteriellen RNaseP-Proteinen zum katalytisch aktiven Holoenzym rekonstituiert werden. Das Einführen der hochkonservierten Nukleotide G22 und G213 in die Cyanellen-RNaseP-RNA führt nicht zu signifikanten Unterschieden im Prozessierungsverhalten des heterologen Holoenzyms. Durch Mutationsanalyse einer cyanobakteriellen RNaseP-RNA an den entsprechenden Positionen wurde gezeigt, dass diese Konsensus-Nukleotide keinen essentiellen Einfluss auf die Katalyse ausüben. Die funktionelle Charakterisierung der RNaseP-RNA aus den Cyanellen von G. nostochinearum bestätigt die Ergebnisse für C.paradoxa. Die RNA besitzt keine Ribozym-Aktivität und kann mit cyanobakteriellen RNaseP-Proteinen zum aktiven Holoenzym rekonstituiert werden. Um zu klären, ob die fehlende Ribozym-Aktivität der Cyanellen-RNaseP-RNAs auf das Fehlen der Fähigkeit zur Substratbindung zurückzuführen ist, wurden zirkular permutierte Cyanellen-RNase P-RNAs mit kovalent verknüpften pre-tRNAs konstruiert. Entsprechende Transkripte weisen keine Ribozymaktivität auf, können aber mit cyanobakteriellem RNaseP-Protein zum aktiven Komplex rekonstituiert werden. Die Reaktion läuft intramolekular, da die Prozessierungsreaktion mit zirkular permutierten Konstrukten nicht durch reife tRNAs gehemmt wird. Zur Identifizierung der Protein-Untereinheit(en) aus Cyanellen-RNaseP wurden polyklonale Antikörper gegen das rekombinate RNaseP-Protein aus dem Cyanobakterium Synechocystis PCC 6803 gewonnen. Immunoblots zeigen spezifische Signale im homologen und im Cyanellen-Extrakt, jedoch keinerlei Bindung des RNase P Proteins aus E. coli. Die hohe Spezifität der Antikörper für ein Cyanellen-RNase P-Protein konnte durch Immunopräzipitations-Experimente bestätigt werden. Da im vollständig sequenzierten Cyanellen-Genom keine zu RNaseP-Proteinen homologe Sequenz identifiziert werden kann, muss das Cyanellen RNaseP-Protein im Kern codiert sein. Um die Proteinkomponente der Cyanellen-RNase P zu klonieren, wurde eine cDNA-Expressionsbank für Cyanophora paradoxa angelegt. Versuche zum Immuno-Screening wurden aufgrund eines schlechten Signal:Hintergrund-Verhältnisses nicht weiter verfolgt. Durch Screening der cDNA-Expressionsbank mit Cyanellen-RNaseP-RNA konnten zwei Cyanophora-Proteine mit hoher Homologie zu eukaryontischen RNA-bindenden Proteinen identifiziert werden. Das Molekulargewicht des C.paradoxa-Holoenzyms wurde durch Ultrazentrifugation im Glyceringradienten zu etwa 280kD bestimmt. RNaseP-Aktivität und RNaseP-RNA-Untereinheit korrelieren im Gradienten mit einem 30kD-Protein, welches im Immunoblot mit cyanobakteriellen RNaseP-Protein-Antikörpern spezifisch erkannt wird. Das Cyanellen-Holoenzym zeigt in wesentlichen Merkmalen eine Übereinstimmung mit eukaryontischer RNaseP. Dennoch scheint die katalytische Aktivität in der RNA-Untereinheit lokalisiert zu sein, da die native, relativ große Cyanellen-Protein-Untereinheit ohne Funktionsverlust gegen sehr viel kleinere cyanobakterielle Protein-Untereinheiten ausgetauscht werden kann. Die Protein-Komponente der Cyanellen RNaseP scheint deshalb trotz ihrer Größenzunahme im Vergleich zu ihren evolutiven, bakteriellen Vorfahren, keine weiteren essentiellen Aufgaben übernommen zu haben. Eukaryontische RNaseP ist aus bis zu zehn Protein-Untereinheiten aufgebaut. Durch Genom-Analyse konnte in Arabidopsis thaliana das potentielle RNaseP-Protein Pop1 identifiziert werden. Mit der experimentell bestätigten Identität dieses Proteins wurde erstmals ein RNaseP-Protein aus A.thaliana eindeutig identifiziert. Durch spezifische Antikörper gegen dieses Protein kann RNaseP-Aktivität aus Weizen-Extrakt präzipitiert werden.

Level thesis:degree_level

thesis.doctoral

Grantor dc:publisher

Universität Würzburg

Year

2003

Author dc:creator

• Heubeck, Christian

Contributors dc:contributor

• Schön, Astrid

• RNase P
• pflanzliche Zellkerne
• Plastiden
• plant nuclei
• plastids

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