@phdthesis{Demir2010,
  author    = {Demir, Fatih},
  title     = {Lipid rafts in Arabidopsis thaliana leaves},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-53223},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2010},
  abstract  = {Arabidopsis thaliana (A.th.) mesophyll cells play a pivotal role in the regulation of the drought stress response. The signaling \& transport components involved in drought stress regulation within lipid rafts of the plasma membrane were investigated by DRM isolation from highly purified plasma membranes. Detergent treatment with Brij-98 and Triton X-100 resulted in a total of 246 DRM proteins which were identified by nano HPLC-MS/MS. The majority of these proteins could be isolated by Triton X-100 treatment (78.5 \%) which remains the "golden" standard for the isolation of DRMs. Comparing in-gel and in-solution digestion approaches disclosed additional protein identifications for each method but the in-gel approach clearly delivered the majority of the identified proteins (81.8 \%). Functionally, a clear bias on signaling proteins was visible - almost 1/3 of the detected DRM proteins belonged to the group of kinases, phosphatases and other signaling proteins. Especially leucine-rich repeat receptor-like protein kinases and calcium-dependent protein kinases were present in Brij-98 \& Triton X-100 DRMs, for instance the calcium-dependent protein kinase CPK21. Another prominent member of DRMs was the protein phosphatase 2C 56, ABI1, which is a key regulator of the ABA-mediated drought stress response in A.th. The lipid raft localization of the identified DRM proteins was confirmed by sterol-depletion with the chemical drug MCD. Proteins which depend upon a sterol-rich environment are depleted from DRMs by MCD application. Especially signaling proteins exhibited a strong sterol-dependency. They represented the vast majority (41.5 \%) among the Triton X-100 DRM proteins which were no longer detected following MCD treatment. AtRem 1.2 \& 1.3 could be shown to be sterol-dependent in mesophyll cells as well as two CPKs (CPK10 \& CPK21) and the protein phosphatase ABI1. AtRem 1.2 \& 1.3 could be proven to represent ideal plant lipid raft marker proteins due to their strong presence in Triton X-100 DRMs and dependency upon a sterol-rich environment. When fluorescence labeled AtRem 1.2 \& 1.3 were transiently expressed in A.th. leaves, they localized to small, patchy structures at the plasma membrane. CPK21 was an intrinsic member of Triton X-100 DRMs and displayed extreme susceptibility to sterol-depletion by MCD in immunological and proteomic assays. Calcium-dependent protein kinases (CPKs) have already been studied to be involved in drought stress regulation, for instance at the regulation of S-type anion channels in guard cells. Hence, further transient expression studies with the anion channel SLAH3, protein kinase CPK21 and its counterpart, protein phosphatase ABI1 were performed in Nicotiana benthamiana. Transient co-expression of CPK21 and the anion channel SLAH3, a highly mesophyll- specific homologue of the guard cell anion channel SLAC1, resulted in a combined, sterol-dependent localization of both proteins in DRMs. Supplementary co-expression of the counterpart protein phosphatase ABI1 induced dislocation of SLAH3 from DRMs, probably by inactivation of the protein kinase CPK21. CPK21 is known to regulate the anion channel SLAH3 by phosphorylation. ABI1 dephosphorylates CPK21 thus leading to deactivation and dislocation of SLAH3 from DRMs. All this regulative events are taking place in DRMs of A.th. mesophyll cells. This study presents the first evidence for a lipid raft-resident protein complex combining signaling and transport functions in A.th. Future perspectives for lipid raft research might target investigations on the lipid raft localization of candidate DRM proteins under presence of abiotic and biotic stress factors. For instance, which alterations in the DRM protein composition are detectable upon exogenous application of the plant hormone ABA? Quantitative proteomics approaches will surely increase our knowledge of the post-transcriptional regulation of gene activity under drought stress conditions.},
  subject      = {Ackerschmalwand},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Stange2010,
  author    = {Stange, Annette},
  title     = {Beziehung zwischen Ca2+-Hom{\"o}ostase und Aktivit{\"a}t der S-Typ Anionenkan{\"a}le in Schließzellen},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-52131},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2010},
  abstract  = {Pflanzen regulieren ihren Gasaustausch mit der Atmosph{\"a}re, indem sie die {\"O}ffnungsweite von Poren in der Epidermis von Bl{\"a}ttern, sog. Stomata, ver{\"a}ndern. Bei Wassermangel werden die stomat{\"a}ren Poren geschlossen, um den Verlust von Wasser zu minimieren. Dieser Vorgang wird durch das Phytohormon ABA ausgel{\"o}st, welches eine Aktivierung von Anionenkan{\"a}len in der Plasmamembran der Schließzellen induziert. Obwohl die Aktivierung der Anionenkan{\"a}le ein zentrales Element in der ABA-Antwort darstellt, ist der Signalweg, der zu der Aktivierung der Anionenkan{\"a}le f{\"u}hrt, nur l{\"u}ckenhaft verstanden. Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Rolle von Signalintermediaten wie Proteinkinasen, -phosphatasen, Lipid-abgeleiteten Botenstoffen und Ca2+ bei der Aktivierung der Anionenkan{\"a}le untersucht. Hinsichtlich Ca2+ lag ein spezieller Fokus auf der Generierung von Ca2+-Signalen und auf der Frage, inwieweit ein Anstieg in der cytosolischen freien Ca2+-Konzentration f{\"u}r eine Aktivierung der Anionenkan{\"a}le ausreicht. F{\"u}r diese Studien wurde haupts{\"a}chlich die Zwei-Elektroden-Spannungsklemm- (DEVC) Technik in Kombination mit Ca2+-Konzentrationsmessungen durch den Ca2+-sensitiven Farbstoff FURA-2 angewendet. Die M{\"o}glichkeit Anionenkan{\"a}le durch Ca2+ zu aktivieren wurde getestet, indem Ca2+-Signale in intakten Schließzellen von Nicotiana tabacum durch hyper- und depolarisierte Spannungen ausgel{\"o}st wurden und gleichzeitig die Str{\"o}me, die {\"u}ber die Plasmamembran flossen, gemessen wurden. Dabei f{\"u}hrte eine Hyperpolarisation zu einer transienten Erh{\"o}hung der cytosolischen freien Ca2+-Konzentration w{\"a}hrend des Spannungssprunges, wohingegen eine Depolarisation zun{\"a}chst eine Erniedrigung der cytosolischen freien Ca2+-Konzentration ausl{\"o}ste und das Ca2+-Signal bei Repolarisation der Plasmamembran auftrat. Dies weist darauf hin, dass in beiden F{\"a}llen hyperpolarisations-aktivierte Ca2+-Kan{\"a}le beteiligt sind, wobei das Schwellenpotential der Schließzellen, bei dem ein Ca2+-Signal ausgel{\"o}st wird, nach einer langen Depolarisation zu positiveren Spannungen verschoben ist. Die Modulation der Spannungssensitivit{\"a}t der Schließzellen w{\"a}hrend einer langen Depolarisation findet m{\"o}glicherweise durch eine Aktivierung der Ca2+-Kan{\"a}le und/oder eine Inhibierung verschiedener Ca2+-Transportproteine durch eine niedrige cytosolische freie Ca2+-Konzentration statt. Der durch Hyperpolarisation bzw. durch lange Depolarisation induzierte transiente Anstieg in der cytosolischen freien Ca2+-Konzentration korrelierte mit einer transienten Aktivierung von S-Typ Anionenkan{\"a}len. Die Analyse der Ca2+-Konzentrations- und Zeitabh{\"a}ngigkeit ergab, dass die S-Typ Anionenkan{\"a}le durch Ca2+ in einem schnellen Signalweg mit einer halbmaximalen cytosolischen freien Ca2+-Konzentration von 515 nM (SE=235, n=33) aktiviert werden. Der durchschnittliche maximale S-Typ Anionenstrom lag bei -349 pA (SE=107, n=33) bei einer Spannung von -100 mV. Die Wirkung von Ca2+ auf Transportvorg{\"a}nge {\"u}ber die Plasmamembran wurde auch in Dr{\"u}senzellen von Dionaea muscipula untersucht. In diesem Zelltyp induzierte eine mechanische Stimulierung der Triggerhaare ein Ca2+-Signal, wobei mehr als zwei Aktionspotentiale n{\"o}tig waren, um einen transienten Ca2+-Anstieg auszul{\"o}sen. Diese Daten zeigen, dass die Depolarisationsphase des Aktionspotentials in den Dr{\"u}sen nicht direkt mit Ca2+-Fl{\"u}ssen assoziiert ist. Anstelle einer Ca2+-abh{\"a}ngigen Aktivierung scheinen Anionenkan{\"a}le in Dr{\"u}sen von Dionaea muscipula also in einem Ca2+-unabh{\"a}ngigen Signalweg aktiviert zu werden. Diesen Aktivierungsmechanismus gibt es auch im ABA-Signalweg in Schließzellen. Dort findet eine Ca2+-unabh{\"a}ngige Aktivierung der S-Typ Anionenkan{\"a}le durch Proteinkinasen wie OST1 und CPK23 statt, wobei die Proteinphosphatase ABI1 als negativer Regulator diskutiert wird. In dieser Arbeit konnte die Redundanz von OST1 und CPK23 sowie Komponenten des Ca2+-abh{\"a}ngigen Weges in DEVC-Experimenten mit ost1-2- und cpk23-Mutanten von Arabidopsis thaliana beobachtet werden, die beide S-Typ Anionenkanalaktivit{\"a}t zeigten. Die Aktivit{\"a}t von S-Typ Anionenkan{\"a}len in Arabidopsis thaliana Mutanten, denen der S-Typ Anionenkanal SLAC1 fehlt, deutet außerdem an, dass redundante S-Typ Anionenkan{\"a}le vorhanden sind, die auch durch andere Proteinkinasen aktiviert werden k{\"o}nnten. ABA-induzierte S-Typ Anionenstr{\"o}me waren auch in abi1-Transformanten von Nicotiana tabacum messbar, wobei eine geringere Sensitivit{\"a}t gegen{\"u}ber ABA als im Wildtyp auftrat, was auf eine unvollst{\"a}ndige Inhibierung des ABA-Signalweges hindeutet. Die Redundanz der Intermediate im ABA-Signalweg war auch in Studien mit dem Lipid-abgeleiteten Botenstoff Phosphatids{\"a}ure sichtbar, der nur einen langsamen und unvollst{\"a}ndigen Stomaschluss induzierte, was allerdings auch auf eine untergeordnete Rolle von Phosphatids{\"a}ure im ABA-Signalweg hinweisen k{\"o}nnte.},
  subject      = {Schließzelle},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Blachutzik2012,
  author    = {Blachutzik, J{\"o}rg O.},
  title     = {Visualisierung von Plasmamembran-Dom{\"a}nen in Arabidopsis thaliana},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-71925},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2012},
  abstract  = {Unter Verwendung fluoreszenzmarkierter Remorine der taxonomischen Gruppe 1b wurden Nanodom{\"a}nen in Arabidopsis Plasmamembranen (PM) unter Verwendung hoch aufl{\"o}sender Laser Scanning-Systeme sichtbar gemacht. In diesen kompartimentierten Membranbereichen lagerten sich Sterol-abh{\"a}ngige Remorine aus verschiedenen Pflanzen-familien zusammen und zeigten dort Kolokalisation. Dies wurde statistisch belegt durch hohe Pearson und Spearman Korrelationskoeffizienten. Remorine konnten schließlich als pflanzliche Markerproteine f{\"u}r kompartimentierte Membranbereiche etabliert werden. Die Nanodom{\"a}nen zeigten zu keinem Zeitpunkt laterale Bewegungen in der PM und scheinen sowohl von zytoskelett{\"a}ren Strukturen als auch von Komponenten der Zellwand stabilisiert zu werden. M{\"o}glicherweise spielen transmembrane Tetraspanine sowie GPI-verankerte SKU5-Proteine eine Rolle bei der stabilen Verankerung. F{\"u}r zwei native Arabidopsis Remorine wurden posttranslationale Modifikationsstellen aufgedeckt, die der Anheftung dieser hydrophilen Proteine an die PM dienen. Weiterhin scheinen gleichartige Remorine miteinander zu interagieren. Beispielsweise waren im Zytosol lokalisierte Remorin-Mutanten bei einer gleichzeitigen Expression der entsprechenden Voll{\"a}ngenproteine erneut an der PM zu finden. F{\"u}r die Remorine wurde postuliert, dass sie mit anderen Proteinen interagieren und dabei makromolekulare Strukturen ausbilden. Den Remorinen k{\"o}nnte daher eine Aufgabe bei der molekularen Organisation pflanzlicher Membrandom{\"a}nen zukommen, indem sie ein filamentartiges Netzwerk innerhalb distinkter Dom{\"a}nen ausbilden, das m{\"o}glicherweise zur Stabilit{\"a}t und Aufrechterhaltung dieser spezialisierten Bereiche beitr{\"a}gt. Unter Einbeziehung der STED-Mikroskopie wurde eine empirische Gr{\"o}ßenverteilung von 97±4nm Durchmesser f{\"u}r PM-st{\"a}ndige Dom{\"a}nen in Arabidopsis ermittelt. Hinsichtlich der physiologischen Relevanz konnte gezeigt werden, dass die Dom{\"a}nen eine Rolle bei der ABA-vermittelten, kalziumabh{\"a}ngigen Regulation des Anionenkanals SLAH3 einnehmen. SLAH3 wird durch kalziumabh{\"a}ngige Kinasen aus der CDPK-Familie aktiviert, im Speziellen durch CPK21 und CPK23. Beide Kinasen werden durch die ABA-sensitiven Phosphatasen ABI1 und ABI2 reguliert. Die spezifisch stattfindenden Interaktionen zwischen SLAH3 und CPK21, sowie zwischen CPK21 und ABI1 waren auf Nanodom{\"a}nen beschr{\"a}nkt und wurden durch die Methodik der bimolekularen Fluoreszenzkomplementation erstmals in planta nachgewiesen, mit Remorinen der taxonomischen Gruppe 1b als etablierte Markerproteine f{\"u}r Membrandom{\"a}nen.},
  subject      = {Plasmamembran},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Horntrich2014,
  author    = {Horntrich, Claudia},
  title     = {Die Funktion von Membranlipidnanodom{\"a}nen f{\"u}r Signaltransduktionsprozesse in Pflanzen},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-107362},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2014},
  abstract  = {In vielen tierischen Zellen und in Hefe wurden Membrandom{\"a}nen als Plattformen f{\"u}r die Etablierung von Signalkomplexen bereits gut beschrieben (Foster et al., 2003) und entsprechend ihrer Resistenz gegen{\"u}ber nicht-ionischen Detergenzien charakterisiert (Shogomori et al., 2003). Die Behandlung von Membranen mit solchen Detergenzien kann zu Artefakten f{\"u}hren und die Anwesenheit eines Proteins in diesen so genannten „DRMs" bedeutet noch nicht, dass es auch in nativen Membrandom{\"a}nen lokalisiert ist. Allerdings muss man sich, mangels besserer Methoden zur Aufreinigung von Membrandom{\"a}nen, heute noch der Methode der DRM-Aufreinigung durch Detergenzien bedienen, um eine erste Vorstellung von der Proteinzusammensetzung dieser bestimmten Membranbereiche zu erhalten. Mittels Sterolreduktion der DRMs durch die Behandlung der isolierten Membranfraktionen mit MCD und anschließender HPLC-ESI-Massenspektrometrie, konnten 80 Proteine identifiziert werden, die somit als potentiell in Membrandom{\"a}nen lokalisiert gelten k{\"o}nnen. Unter diesen befanden sich die beiden Arabidopsis-Remorine AtRem1.2 und AtRem1.3, die Ca2+-abh{\"a}ngige Proteinkinase CPK21 und die Proteinphosphatase 2C ABI1. Dieses Phosphatase-Kinase-Paar reguliert den membranst{\"a}ndigen, im Mesophyll exprimierten, Anionenkanal SLAH3 in ABA-abh{\"a}ngiger Weise (Geiger et al., 2011). Mit Hilfe biochemischer, massenspektrometrischer und mikroskopischer Methoden konnte gezeigt werden, dass die Phosphatase ABI1 in Abwesenheit von ABA die Interaktion zwischen der Kinase CPK21 und dem Anionenkanal SLAH3 unterbindet. Dies geschieht indem SLAH3 und CPK21 aus den Membrandom{\"a}nen in die umgebenden Membranbereiche verlagert werden und somit eine phosphorylierungsabh{\"a}ngige Aktivierung des Anionenkanals verhindert wird (Demir et al., 2013). Unter den in Nanodom{\"a}nen lokalisiert Proteinen, konnte auch die NADPH-Oxidase AtrbohD als schwach sterolabh{\"a}ngig identifiziert werden. Diese zeigte im Gegensatz zu der homologen Oxidase AtrbohF, nach transienter Koexpression in Arabidopsis-Epidermiszellen zwar eine Lokalisation in distinkten Membrandom{\"a}nen, aber keine Kolokalisation mit dem zuvor etablierten Membrandom{\"a}nenmarker AtRem1.3 (Demir et al., 2013). Dieses Ergebnis impliziert, dass es verschiedene Arten von Membrandom{\"a}nen geben k{\"o}nnte und dass die beiden Oxidasen (zumindest zeitweise) in unterschiedlichen Membrankompartimenten lokalisiert und dadurch wom{\"o}glich auch unterschiedlich reguliert sein k{\"o}nnen. Nach Koexpression der Oxidase AtrbohD mit den weiteren 12 der insgesamt 16 Arabidopsis-Remorinen, konnte eine Kolokalisation der Oxidase mit AtRem1.4 best{\"a}tigt werden. Das Remorin AtRem1.4 zeigt in weiteren Versuchen nicht nur eine deutliche Lokalisierung in anderen sterolreichen Membrandom{\"a}nen als AtRem1.3, es zeigt auch eine eindeutige laterale Immobilit{\"a}t und kann somit als ein Marker f{\"u}r Membrandom{\"a}nen etabliert werden. Somit best{\"a}tigt sich die Annahme, dass es auch in Pflanzen unterschiedliche Arten von Membrankompartimenten gibt. Zu diesem Zeitpunkt war noch kein, die Funktion der Oxidase regulierender Interaktionspartner von AtrbohD bekannt, um die Frage des Zusammenhangs zwischen Lokalisation und Funktion der Oxidase beantworten zu k{\"o}nnen. Mit Hilfe verschiedener mikroskopischer Techniken (BiFC, SE-FRET, AB-FRET) zur Untersuchung von Protein-Protein-Interaktionen, konnte aus einer Auswahl von f{\"u}nf Mesophyll-lokalisierten und Ca2+-unabh{\"a}ngigen Snrk2-Kinasen, zwei potentielle Interaktionspartner identifiziert werden. Genau wie mit der homologen Oxidase AtrbohF (Sirichandra et al., 2007), interagiert die ABA-abh{\"a}ngige Kinase OST1/Snrk2.6 auch mit AtrbohD. Bei dem zweiten potentiellen Interaktionspartner handelt es sich um Snrk2.7. Die Behandlung der transfizierten und in den Interaktionsmessungen eingesetzten Zellen mit der sterolreduzierenden Reagenz MCD resultierte in einem signifikanten Anstieg der zuvor gemessenen Interaktionseffizienzen (EFRET) aller f{\"u}nf ausgew{\"a}hlten Snrk2-Kinasen mit AtrbohD. Eine Interaktion zwischen zwei Proteinen muss nicht zwingend bedeuten, dass sie eine funktionelle Einheit in einem Signalweg darstellen. Aus diesem Grund wurde der Einfluss der identifizierten potentiellen Interaktionspartner auf die ROS-Produktionsaktivit{\"a}t der NADPH-Oxidase AtrbohD untersucht. Es zeigt sich, dass Snrk2.7 die ROS-Produktion durch die Oxidase auf ein vergleichbar hohes Niveau steigern kann, wie die zu diesem Zeitpunkt als Interaktionspartner der Oxidase AtrbohD identifizierte Ca2+-abh{\"a}ngige Kinase CPK5 (Dubiella et al., 2013). Die Kinase Snrk2.7 interagiert also nicht nur mit AtrbohD, sondern kann die Oxidase auch phosphorylieren (wahrscheinlich an einer der beiden f{\"u}r die Phosphorylierung von AtrbohD als essentiell beschriebenen Positionen S343 oder S347 (N{\"u}hse et al., 2007) und nicht an der untersuchten Position S39) und somit aktivieren. Dem hingegen zeigt OST1, trotz einer zuvor best{\"a}tigten Interaktion mit AtrbohD, nicht die F{\"a}higkeit diese Oxidase auch aktivieren zu k{\"o}nnen. Die Snrk2.7-vermittelte Aktivit{\"a}t von AtrbohD ist ebenfalls deutlich durch eine Behandlung der transfizierten Zellen mit MCD induzierbar. Die NADPH-Oxidase AtrbohD wird also in Abh{\"a}ngigkeit ihrer Lokalisierung in spezifischen Membrandom{\"a}nen reguliert. Wenn die zwei essentiellen Phosphorylierungsstellen durch eine Punktmutation ausgeschaltet werden und die Oxidase nicht mehr als Antwort auf Pathogene aktiviert werden kann, lokalisiert diese nicht mehr in den AtRem1.4-markierten Membrandom{\"a}nen. Auch zeigt sich, dass die Aktivit{\"a}t der Oxidase, induziert durch eine Interaktion mit der nicht in Membrandom{\"a}nen lokalisierten Snrk2-Kinase Snrk2.7, gesteigert werden kann, wenn durch MCD die sterolreichen Membrandom{\"a}nen abgereichert werden. Eventuell dienen Membrandom{\"a}nen, zumindest im pflanzlichen System, nicht nur der Etablierung von Signalkomplexen, sondern in einigen F{\"a}llen auch der Negativregulierung von bestimmten Proteinaktivit{\"a}ten, wie zum Beispiel in diesem Fall, der Produktion von reaktiven Sauerstoffspezies (ROS).},
  subject      = {Ackerschmalwand},
  language  = {de}
}