@phdthesis{Graus2020,
  author    = {Graus, Dorothea},
  title     = {Auswirkungen einer V-PPase-{\"U}berexpression auf Nicotiana benthamiana Blattzellen und deren physiologische Bedeutung unter Salzbelastung},
  doi       = {10.25972/OPUS-19367},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-193676},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2020},
  abstract  = {Vakuol{\"a}re PPasen (V-PPase) in Landpflanzen dienen dem Transport von Protonen in die Vakuole und dem Aufbau eines elektrochemischen Gradienten, w{\"a}hrend sie gleichzeitig durch Hydrolyse eine Anreicherung des toxischen PPi im Cytosol verhindern. Zahlreiche Publikationen bewiesen bereits positive Effekte der stabilen V-PPase-{\"U}berexpression in Pflanzen. Unter anderem zeigte die Ackerschmalwand, Tabak, Reis und Tomate eine erh{\"o}hte Biomasse und gesteigerte Stresstoleranz auf Grund einer erh{\"o}hten stabilen V-PPase Ex-pression. Um die zugrundeliegenden Prozesse ohne potenzielle pleiotropische Effekte w{\"a}hrend der Pflanzenentwicklung zu analysieren, wurden in der vorliegenden Dissertation die physiologischen Auswirkungen einer transienten V-PPase-{\"U}berexpression in Nicotiona benthamiana Bl{\"a}ttern und die Einflussnahme von NaCl quantitativ erfasst. Zu diesem Zweck wurden zwei endogene V-PPasen (NbVHP1 und NbVHP2) aus N. bentha-miana zun{\"a}chst bioinformatisch und dann auf Transkriptionsebene mittels quantitativer Real-Time-PCR identifiziert. Die endogenen V-PPasen wurden mittels der Agrobakterien-Infiltrationstechnik transient in N. benthamiana Bl{\"a}ttern und ihre vakuol{\"a}re Lokalisation mit Hilfe von Fluoreszenzmarkern best{\"a}tigt. Die Protonenpump-Funktion der {\"u}berexprimierten NbVHPs konnte mit der Patch-Clamp-Technik anhand des vier-fach erh{\"o}hten Protonenpump-stroms in den isolierten Mesophyllvakuolen verifiziert werden. Im Zuge der elektro-physiologischen Charakterisierung der endogenen N. benthamiana V-PPasen konnte die f{\"u}r V-PPasen typische Sensitivit{\"a}t gegen{\"u}ber cytosolischem Calcium best{\"a}tigt werden, welche sich bei einem erh{\"o}hten Calcium-Spiegel in einer Hemmung der Pumpstr{\"o}me {\"a}ußerte. Ferner wurde ihre gleichartige Substrataffinit{\"a}t (Km von 65 µM PPi) unabh{\"a}ngig des vakuol{\"a}ren pHs zwischen 5,5 und 7,5 festgestellt. Der Vergleich dieser Ergebnisse mit analog durchgef{\"u}hrten Messungen an der bereits publizierten AtVHP1 von A. thaliana best{\"a}tigte die große Homo-logie der V-PPasen von Landpflanzen. Im Gegensatz zu den erw{\"u}nschten Auswirkungen der stabilen V-PPase {\"U}berexpression resultierte diese starke transiente {\"U}berexpression nach drei Tagen im Absterben makroskopischer Blattbereiche. Das Ausmaß dieser Nekrosen wurde anhand des vorhandenen PhotosystemII in den transformierten Bl{\"a}ttern mit der Puls-Amplituden-Modulations-Technik quantifiziert. Die analoge transiente {\"U}berexpression einer l{\"o}slichen PPase (IPP1) f{\"u}hrte allerdings zu keinerlei negativen Effekten f{\"u}r die Pflanze, wodurch die erh{\"o}hte Protonentransportaktivit{\"a}t im Gegensatz zur Hydrolyseaktivit{\"a}t der V-PPasen als Ursache des Zellsterbens verifiziert werden konnte. Aufgrund dieser unerwarteten negativen Auswirkungen der transienten V-PPase-{\"U}berex-pression auf die Blattvitalit{\"a}t wurde zus{\"a}tzlich die Salzstresstoleranz der Bl{\"a}tter untersucht. Unter Ber{\"u}cksichtigung des kurzen Transformations- und damit Beobachtungszeitfensters wurde ein Salzapplikationsverfahren etabliert, bei dem simultan mit der Agrobakterien-infiltration 200 mM NaCl direkt in den Blattapoplasten eingef{\"u}hrt wurde. Anhand einer Zu-nahme in sowohl der Transskriptmenge der V-PPase als auch des PPi-induzierten Protonen-pumptransportes {\"u}ber den Tonoplasten wurde gezeigt, dass die NaCl-Anwesenheit im Blatt eine erh{\"o}hte Aktivit{\"a}t der endogenen V-PPasen des N. benthaminan Pflanzen bewirkte. Der gleichzeitige tendenzielle R{\"u}ckgang der V-ATPase-Pumpaktivit{\"a}t in salzbehandelten Mesophyllvakuolen l{\"a}sst vermuten, dass die V-PPasen eine gr{\"o}ßere Rolle bei der Bewahrung des vakuol{\"a}ren pH-Wertes und der protonenmotorische Kraft (PMF) unter Salzstress ein-nimmt. Interessanterweise f{\"u}hrte die Salzapplikation bei einer V-PPase-{\"U}berexpression zu keinen additiven negativen Effekten, sondern verhinderte sogar das Auftreten der Nekrosen. Um dieses Ph{\"a}nomen zu ergr{\"u}nden, wurde zun{\"a}chst mit Hilfe von Apoplastenwaschungen und Natrium-Konzentrationsmessungen best{\"a}tigt, dass das injizierte NaCl im Blatt verblieb und von den Blattzellen aufgenommen wurde. F{\"u}r weitere Studien der Ursachen der Nekrosen wurden in-vivo-pH-, Membranpotenzial- und Metabolitmessungen durchgef{\"u}hrt. W{\"a}hrend in V-PPase-{\"u}berexprimierenden Zellen der vakuol{\"a}re pH-Wert zu Kontrollvakuolen signifikant sank, blieb er mit zus{\"a}tzlicher Salzbehandlung auf Kontrollniveau. Des Weiteren schw{\"a}chte die Salzapplikation die starke Depolarisation der Plasmamembran nach V-PPase-{\"U}ber-expression um mehr als die H{\"a}lfte ab. Hingegen konnten keine nennenswerten Ver-{\"a}nderungen im Metabolit- und Ionengehalt des Blattgewebes bei V-PPase-{\"U}berexpression festgestellt werden. Lediglich der Natrium- und Chlorid-Spiegel waren bei salz-behandelten Bl{\"a}ttern erwartungsgem{\"a}ß erh{\"o}ht. Diese Ergebnisse bekr{\"a}ftigten, dass der stark erh{\"o}hte V-PPase-vermittelte Protonenpumpstrom und weniger metabolische Ver{\"a}nderungen f{\"u}r die Nekrosen von V-PPase-{\"u}berexprimierte Pflanzen verantwortlich ist. Diese negativen Auswirkungen werden offensichtlich durch die Salzbehandlung stark vermindert, da die Aufnahme der Salz-ionen {\"u}ber Protonen-Na+/K+-Antiporter wie NHX antagonistisch auf die V-PPase verursachte Protonenanreicherung und die daraus folgende Ver{\"a}nderung des Membran-potentials und der PMF entgegenwirkt. In diese Arbeit wurde in einem neuen Blickwinkel deutlich, dass die nat{\"u}rliche Expressions-kontrolle der V-PPase in ausdifferenzierten Pflanzenzellen sich den Umweltbedingungen anpasst, um das Gleich-gewicht zwischen den positiven und negativen Auswirkungen der Pumpaktivit{\"a}t zu halten.},
  subject      = {Pyrophosphatase},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Kemmer2001,
  author    = {Kemmer, Gabriele},
  title     = {Charakterisierung der initialen Aufnahme des Kofaktors V (NAD) bei Haemophilus influenzae},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-1548},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2001},
  abstract  = {H. influenzae ist ein fakultativ anaerobes, Gram-negatives Bakterium und wird in die Familie der Pasteurellacaea eingeordnet. Das Bakterium zeigt Auxotrophien f{\"u}r H{\"a}min unter aeroben Bedingungen und f{\"u}r Nikotinamid-Adenin-Dinukleotid (NAD) bei aeroben wie anaeroben Wachstum. Es k{\"o}nnen zwei Unterarten unterschieden werden: die bekapselten St{\"a}mme, die systemische Erkrankungen hervorrufen und die unbekapselten bzw. nicht-typisierbaren St{\"a}mme, die f{\"u}r Oberfl{\"a}cheninfektionen verantwortlich sind. Da bei H. influenzae bisher nur wenig {\"u}ber die NAD-Aufnahme bekannt war, sollten in dieser Arbeit Proteine identifiziert und charakterisiert werden, die an der NAD-Aufnahme beteiligt sind. Das Außenmembranprotein e(P4), kodiert von dem hel-Gen, wurde als eine Komponente des H{\"a}minaufnahmesystems beschrieben. In dieser Arbeit wurde eine hel-Deletionsmutante hergestellt, anhand der nachgewiesen wurde, daß e(P4) als saure Phosphatase nicht an der H{\"a}min-, sondern an der NAD-Aufnahme beteiligt ist. Mit Hilfe von verschiedenen Phosphatase-Assays und dem Malat-Enzym-Assay konnten NADP und Nikotinamid-Mononukleotid (NMN) als physiologisch relevante Substrate identifiziert werden. Die biologische Relevanz von e(P4) f{\"u}r die NAD-Aufnahme wurde durch Mutantenanalyse in Wachstumstests und Transport-Assays nachgewiesen. Es wurde gezeigt, daß die hel-Deletionsmutante mit NAD und NMN ein signifikantes Wachstumsdefizit hatte und nicht f{\"a}hig war, beide Nikotinamid-Nukleotid-Quellen aufzunehmen, w{\"a}hrend die Nutzung von Nikotinamid-Ribosyl (NR) keinen Unterschied zum Wildtyp aufwies. Um die Frage zu kl{\"a}ren, ob die Lokalisation von e(P4) als Lipoprotein an der Außenmembran wichtig f{\"u}r die NMN-Spaltung ist, wurden zwei Mutanten hergestellt, bei denen im hel-Gen der Lipidanker Cystein durch ein Glycin ausgetauscht wurde, um das Protein im Periplasma zu exprimieren. Die Periplasma-Extrakte dieser Cystein-Mutanten zeigten in Phosphatase-Assays keine Aktivit{\"a}t. Um zu untersuchen, ob die Phosphatase-Aktivit{\"a}t die einzige f{\"u}r die NAD-Aufnahme relevante Funktion von e(P4) ist, wurden Phosphatase-Mutanten hergestellt und charakterisiert. Sie exprimierten ein mutiertes e(P4)-Protein, das durch einen Aminos{\"a}ureaustausch die Phosphatase-Aktivit{\"a}t verloren hatte. Es zeigte sich, daß die Ph{\"a}notypen der Phosphatase-Mutanten in Bezug auf die F{\"a}higkeit NMN zu spalten, NAD und NMN aufzunehmen und als Faktor V-Quelle zum Wachstum zu nutzen, exakt mit den Ph{\"a}notypen der Deletionsmutante korrelierten. Es konnten daher keine weiteren Funktionen von e(P4) festgestellt werden. Das periplasmatische Protein NadN wurde als Pyrophosphatase beschrieben, die f{\"a}hig ist, NAD zu NMN zu hydrolysieren. Weiter wurde eine 5´-Nukleotidase-Aktivit{\"a}t nachgewiesen, mit der NadN NMN zu NR dephosphorylieren kann. Die Relevanz von NadN f{\"u}r die NAD-Aufnahme wurde anhand einer nadN-Knockout-Mutante untersucht. In Wachstumskurven und Transport-Assays zeigte sich, daß die nadN-Mutante nicht f{\"a}hig war, NAD aufzunehmen und zum Wachstum zu verwenden. Auch die Nutzung von NMN war bei der Mutante eingeschr{\"a}nkt, w{\"a}hrend mit NR als Faktor V-Substrat kein Unterschied zum Stamm Rd erkennbar war. Durch die Charakterisierung einer hel nadN-Doppelmutante konnte nachgewiesen werden, daß keine weiteren Enzyme außer e(P4) und NadN an der Prozessierung von NAD zu NR beteiligt sind. Es zeigte sich auch, daß nur NR {\"u}ber einen putativen Transporter ins Zytoplasma aufgenommen wird. Das Protein OmpP2 stellt ein Hauptporin der {\"a}ußeren Membran dar. Durch eine ompP2-Deletionsmutante konnte mit Hilfe von Wachstumskurven und Transport-Assays nachgewiesen werden, daß NAD, NMN und NR durch diese Pore ins Periplasma diffundieren.},
  subject      = {Haemophilus influenzae},
  language  = {de}
}