@phdthesis{Dunkel2008,
  author    = {Dunkel, Marcel},
  title     = {Untersuchungen zur Translokation und Funktion von Tandem-Poren Kaliumkan{\"a}len der TPK-Familie aus Arabidopsis thaliana},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-34743},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2008},
  abstract  = {• Die Modellpflanze der Pflanzenphysiologen, Arabidopsis thaliana, besitzt mindestens 15 verschiedene kaliumselektive Kan{\"a}le, von denen 5 der Strukturklasse der Tandemporen-Kaliumkan{\"a}le angeh{\"o}ren und daher TPK-Kan{\"a}le genannt werden. • Tandemporenkan{\"a}le findet man nur bei eukaryontischen Organismen. Die pflanzlichen Tandemporen Kaliumkan{\"a}le haben einen gemeinsamen phylogenetischen Ursprung und unterscheiden sich von den Tierischen und denen der Pilze und Einzeller. Die pflanzlichen TPK-Kan{\"a}le lassen sich wiederum in die TPK1-Unterfamilie und die TPK2-Unterfamilie unterteilen. Die weitere Evolution der TPK2-Unterfamilie von A. thaliana, TPK2, TPK3, TPK4 und TPK5, l{\"a}sst sich eindeutig auf bestimmte Duplikationsereignisse im Genom von A. thaliana und dessen Ahnen zur{\"u}ckf{\"u}hren. Auch der Ein-Poren Kaliumkanal KCO3 geht sehr wahrscheinlich auf die Duplikation des TPK2 und einer anschließenden Deletion und nicht auf einen der prokaryontischen Ein-Poren-Kaliumkanal-Prototypen zur{\"u}ck. • Vier der A. thaliana TPK-Kan{\"a}le (TPK1, 2, 3 und 5) lokalisieren in der Vakuolenmembran, w{\"a}hrend einer, TPK4, zum großen Teil im ER, aber auch in der Plasmamembran zu finden ist. Die Translokation des TPK1 folgt dem sekretorischen Pfad vom ER, durch den Golgi und m{\"o}glichen intermedi{\"a}ren Kompartimenten hin zur Membran der lytischen Vakuole. Von entscheidender Bedeutung ist dabei der zytoplasmatische Carboxy-Terminus (CT) des TPK1. Deletionsmutanten des TPK1 CT zeigen, dass die Translokation mindestens zwei Sortierungsschritten, am Ausgang des ER und des Golgi, unterliegt. Fehlt der CT komplett bleibt der Kanal im ER. Die Sortierungssignale des TPK1 CT konnten auf die EF-Hand Dom{\"a}ne I eingegrenzt werden. Anschließende Punktmutationen in diesem Bereich konnten zeigen, dass TPK1 in der eigentlich f{\"u}r die Ca2+ Bindung zust{\"a}ndigen Dom{\"a}ne ein di-azidisches ER-Export Motiv bestehend aus Asparagins{\"a}ure, Leucin und Glutamins{\"a}ure enth{\"a}lt. Andere Arbeiten legen nahe, dass der Mechanismus des ER-exports von TPK1 auf der Interaktion mit COPII Vesikelh{\"u}llproteinen beruht; TPK1 also in Vesikel sortiert wird, die sich am ER abschn{\"u}ren und mit dem cis-Golgi fusionieren. Der Vergleich mit anderen pflanzlichen TPK Kan{\"a}len l{\"a}sst vermuten, dass TPK1 Orthologe, nicht aber die A. thaliana Homologen ein di-azidisches ER-Exportmotiv besitzen. Die Translokation des TPK3 erwies sich dementsprechend als unabh{\"a}ngig von dessen CT. Weitere Experimente schließen außerdem eine Beteiligung der 14-3-3 Bindung an der Translokation aus. • TPK4 ist der einzige TPK der heterolog in Xenopus Oozyten funktionell exprimiert werden kann. Wie Mutationen an einem essentiellen Aspartat (Asp86, Asp200) in der Pore zeigten, sind beide tandem repetierten Porendom{\"a}nen einer Kanaluntereinheiten an der Porenbildung beteiligt. Somit formt sich TPK4 {\"a}hnlich wie die tierischen TPK-Kan{\"a}le voraussichtlich aus zwei Untereinheiten. Ein Austausch der zweiten Porendom{\"a}ne von TPK4 konnte zeigen, dass TPK2, TPK3 und TPK5, mit ihrer zweiten Porendom{\"a}ne und TPK4 mit seiner ersten Porendom{\"a}ne den TPK4 zu einem funktionellen Kaliumkanal komplementieren k{\"o}nnen. Da keine der TPK4 Eigenschaften, außer geringf{\"u}gig die relative Permeabilit{\"a}t f{\"u}r Rb+, ver{\"a}ndert wurde, kann man absehen, dass die homologen TPK2, TPK3 und TPK5 als instantan aktivierte, spannungsunabh{\"a}ngige Kaliumkan{\"a}le der Vakuolenmembran fungieren. Dazu kommt wahrscheinlich {\"a}hnlich wie bei TPK1 ein 14-3-3 und Ca2+ abh{\"a}ngiges {\"O}ffnen und Schließen. • Weiterf{\"u}hrende elektrophysiologische Untersuchungen am TPK4 zeigten eine Beteiligung einer transmembranen Asparagins{\"a}ure (Asp110) an der Kaliumpermeation und der schwachen Einw{\"a}rtsgleichrichtung. Der Aspartatrest ist in die wassergef{\"u}llte Aussparung der zytoplasmatischen Porenh{\"a}lfte orientiert. Damit kann er {\"u}ber ionische Wechselwirkungen sowohl Kalium in der Pore konzentrieren als auch potentielle Kanalblocker wie Mg2+ oder Polyamine binden. Die Konservierung des Aspartats unter anderem bei TPK2, TPK3 und TPK5 deutet daraufhin, dass auch die vakuol{\"a}ren TPK-Kan{\"a}le eine Einw{\"a}rtsgleichrichtung vermitteln, die auf einem spannungsabh{\"a}ngigen Block von zytoplasmatischer Seite basiert. • Im Gegensatz zum zytoplasmatischen Block ist das Schließen des TPK4 durch zytoplasmatische Ans{\"a}uerung spannungsunabh{\"a}ngig und ist daher von einer Protonierungsreaktion abh{\"a}ngig. {\"U}ber zahlreiche Deletionen und Chim{\"a}ren des TPK4 wurde der Bereich, in dem sich pH-Sensor und pH-Tor befinden, auf den Bereich zwischen transmembranen und zytoplasmatischen Dom{\"a}nen eingegrenzt. Dar{\"u}ber hinaus fungieren Histidine nicht als pH-Sensor.},
  subject      = {Vakuole},
  language  = {de}
}