Endre søk
RefereraExporteraLink to record
Permanent link

Direct link
Referera
Referensformat
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Annet format
Fler format
Språk
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Annet språk
Fler språk
Utmatningsformat
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Targeting and function of CAH1: Characterization of a novel protein pathway to the plant cell chloroplast
Umeå universitet, Teknisk-naturvetenskaplig fakultet, Fysiologisk botanik. (Göran Samuelsson)
2010 (engelsk)Doktoravhandling, med artikler (Annet vitenskapelig)Alternativ tittel
Transport och funktion av CAH1 : Karakterisering av en ny transportväg för proteiner till växtcellens kloroplast (svensk)
Abstract [en]

The chloroplast is the organelle within a plant cell where photosynthesis takes place. This organelle originates from a cyanobacterium that was engulfed by a eukaryotic cell. During the transition from endosymbiont to organelle most of the cyanobacterial genes were transferred to the nuclear genome of the host cell, resulting in a chloroplast with a much reduced genome that requires massive import of gene products (proteins) back to the organelle. The majority of these proteins are translated in the cytosol as pre-proteins containing targeting information that directs them to a translocon complex in the chloroplast envelope, the Toc-Tic system, through which these proteins are transported.

We have identified a protein in the model plant Arabidopsis thaliana, CAH1, that is trafficked via the endomembrane system (ER/Golgi apparatus) to the chloroplast instead of using the Toc-Tic machinery. This transport is partly mediated by canonical vesicle trafficking elements involved in ER to Golgi transport, such as Sar1 and RabD GTPases. Analysis of point mutated variants of CAH1 showed that both N-linked glycans and an intra-molecular disulphide bridge are required for correct folding, trafficking and function of the protein. Since chloroplasts lack N-glycosylation machinery, we propose that a route for chloroplast proteins that require endomembrane-specific post-translational modifications for their functionality exists as a complement to the Toc-Tic system.

We also show that mutant plants with disrupted CAH1 gene expression have reduced rates of CO2 uptake and accumulate lower amounts of starch compared to wild-type plants, indicating an important function of the CAH1 protein for the photosynthetic capacity of Arabidopsis.

Further study of CAH1 will not only be important to reveal its role in photosynthesis, but characterization of this novel protein pathway to the chloroplast can also shed light on how the plant cell evolved and clarify the purpose of keeping several chloroplast import pathways working in parallel. In addition, knowledge about this pathway could increase the opportunities for using plants as bio-factories for production of recombinant glycoproteins, which make up the vast majority of the bio-pharmaceutical molecules.

Abstract [sv]

Kloroplasten är den organell i växtcellen där fotosyntesen sker. Denna organell härstammar från en cyanobakterie som togs upp av en eukaryot cell. Under omvandlingen från endosymbiont till organell har de flesta av den ursprungliga cyanobakteriens gener flyttats över till växtcellens eget kärngenom, vilket resulterat i en kloroplast som endast kan producera ett fåtal av de proteiner den behöver och som istället kräver att en mängd genprodukter (proteiner) transporteras tillbaka till organellen. De flesta av dessa proteiner syntetiseras i cytosolen som polypeptider innehållande en speciell signal för kloroplasten, och tranporteras över kloroplastens dubbelmembran (envelop) med hjälp av ett specifikt importsystem (Toc-Tic).

Vi har identifierat ett protein i modellväxten Arabidopsis thaliana (CAH1) som istället för att använda Toc-Tic tranporteras via det endomembrana systemet (ER/Golgi). Transporten sker delvis med hjälp av faktorer involverade i normal vesikeltransport, t.ex. Sar1 och RabD GTPaser (mellan ER och Golgi). Genom att uttycka och analysera punktmuterade varianter av CAH1 har vi kunnat visa att både sockergrupper kopplade till proteinet, samt en intern svavelbrygga, är nödvändiga för korrekt veckning, transport och funktion av proteinet. Då kloroplasten saknar eget maskineri för att koppla sådana sockergrupper till proteiner så föreslår vi att anledningen till att denna rutt existerar, som ett komplement till Toc-Tic, är för att proteiner beroende av denna typ av modifiering ska kunna finnas i kloroplasten.

Vi visar också att muterade växter som inte kan uttrycka genen som kodar för CAH1 uppvisar lägre upptag av CO2, samt ackumulerar mindre stärkelse än vildtypplantor, vilket antyder att CAH1 har en viktig funktion för den fotosyntetiska förmågan hos Arabidopsis.

För att kunna fastställa den exakta funktionen för CAH1 kommer ytterliga studier att vara nödvändiga. En fördjupad karaktärisering av transportvägen som CAH1 följer till kloroplasten kan dessutom ge kunskap om hur växtcellen uppkom, samt besvara varför flera importvägar arbetar till synes parallellt med varandra. Kunskap om denna transportväg kan även bidra med användbar information i försöken att nyttja växter till att uttrycka rekombinanta N-glykosylerade proteiner, t. ex. antikroppar och vacciner.

sted, utgiver, år, opplag, sider
Umeå: Institutionen för fysiologisk botanik, Umeå universitet , 2010. , s. 68
Emneord [en]
Arabidopsis, chloroplast, endomembrane system, CAH1, protein targeting, N-glycosylation
HSV kategori
Forskningsprogram
molekylärbiologi
Identifikatorer
URN: urn:nbn:se:umu:diva-30509ISBN: 978-91-7264-933-0 (tryckt)OAI: oai:DiVA.org:umu-30509DiVA, id: diva2:284338
Disputas
2010-01-29, KBC-huset, KB3A9, Umeå Universitet, Umeå, 10:00 (engelsk)
Opponent
Veileder
Tilgjengelig fra: 2010-01-08 Laget: 2010-01-05 Sist oppdatert: 2018-06-08bibliografisk kontrollert
Delarbeid
1. Evidence for a protein transported through the secretory pathway en route to the higher plant chloroplast.
Åpne denne publikasjonen i ny fane eller vindu >>Evidence for a protein transported through the secretory pathway en route to the higher plant chloroplast.
Vise andre…
2005 (engelsk)Inngår i: Nature Cell Biology, ISSN 1465-7392, Vol. 7, nr 12, s. 1224-31Artikkel i tidsskrift (Fagfellevurdert) Published
Abstract [en]

In contrast to animal and fungal cells, green plant cells contain one or multiple chloroplasts, the organelle(s) in which photosynthetic reactions take place. Chloroplasts are believed to have originated from an endosymbiotic event and contain DNA that codes for some of their proteins. Most chloroplast proteins are encoded by the nuclear genome and imported with the help of sorting signals that are intrinsic parts of the polypeptides. Here, we show that a chloroplast-located protein in higher plants takes an alternative route through the secretory pathway, and becomes N-glycosylated before entering the chloroplast.

Emneord
Arabidopsis/metabolism/*ultrastructure, Arabidopsis Proteins/metabolism, Carbonic Anhydrases/genetics, Chloroplasts/*metabolism, Cytoplasmic Vesicles/metabolism, Glycosylation, Green Fluorescent Proteins/genetics, Microscopy; Fluorescence, Protein Sorting Signals, Protein Transport, Transfection
Identifikatorer
urn:nbn:se:umu:diva-10643 (URN)doi:10.1038/ncb1330 (DOI)16284624 (PubMedID)
Tilgjengelig fra: 2007-05-23 Laget: 2007-05-23 Sist oppdatert: 2018-06-09bibliografisk kontrollert
2. Optimization of the 2A peptide coexpression system to study trafficking of the plastid N-glycoprotein CAH1 in Arabidopsis thaliana
Åpne denne publikasjonen i ny fane eller vindu >>Optimization of the 2A peptide coexpression system to study trafficking of the plastid N-glycoprotein CAH1 in Arabidopsis thaliana
Vise andre…
(engelsk)Manuskript (preprint) (Annet vitenskapelig)
Emneord
2A peptide, Arabidopsis, CAH1, chloroplast, endoplasmic reticulum, ER-toGolgi transport, Golgi apparatus, small GTPases, protein transport
Identifikatorer
urn:nbn:se:umu:diva-30505 (URN)
Tilgjengelig fra: 2010-01-05 Laget: 2010-01-05 Sist oppdatert: 2018-06-08
3. N-glycosylation is required for trafficking and activity of a chloroplast-localized carbonic anhydrase (CAH1) in Arabidopsis thaliana
Åpne denne publikasjonen i ny fane eller vindu >>N-glycosylation is required for trafficking and activity of a chloroplast-localized carbonic anhydrase (CAH1) in Arabidopsis thaliana
Vise andre…
(engelsk)Manuskript (preprint) (Annet vitenskapelig)
Identifikatorer
urn:nbn:se:umu:diva-30506 (URN)
Tilgjengelig fra: 2010-01-05 Laget: 2010-01-05 Sist oppdatert: 2018-06-08
4. Specific suppression of the chloroplast N-glycosylated carbonic anhydrase (CAH1) has major impact on the photosynthetic performance of Arabidopsis thaliana
Åpne denne publikasjonen i ny fane eller vindu >>Specific suppression of the chloroplast N-glycosylated carbonic anhydrase (CAH1) has major impact on the photosynthetic performance of Arabidopsis thaliana
Vise andre…
(engelsk)Manuskript (preprint) (Annet vitenskapelig)
Identifikatorer
urn:nbn:se:umu:diva-30507 (URN)
Tilgjengelig fra: 2010-01-05 Laget: 2010-01-05 Sist oppdatert: 2018-06-08

Open Access i DiVA

fulltekst(9217 kB)743 nedlastinger
Filinformasjon
Fil FULLTEXT01.pdfFilstørrelse 9217 kBChecksum SHA-512
40a3bbf362752545f3b6d8bd30a068d4e4916957b3e34fcb4d6fb3c1e4581ded8f193c4cf0a909324244a1fc119e9df9d17fe35235b4b8f4ac1976d302c350f4
Type fulltextMimetype application/pdf

Søk i DiVA

Av forfatter/redaktør
Burén, Stefan
Av organisasjonen

Søk utenfor DiVA

GoogleGoogle Scholar
Totalt: 743 nedlastinger
Antall nedlastinger er summen av alle nedlastinger av alle fulltekster. Det kan for eksempel være tidligere versjoner som er ikke lenger tilgjengelige

isbn
urn-nbn

Altmetric

isbn
urn-nbn
Totalt: 824 treff
RefereraExporteraLink to record
Permanent link

Direct link
Referera
Referensformat
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Annet format
Fler format
Språk
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Annet språk
Fler språk
Utmatningsformat
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf