TY  - THES
A1  - Goos, Carina
T1  - Nuclear periphery granules of trypanosomes - A characterization of composition and function
T1  - Nuclear periphery granules in Trypanosomen - Eine Charakterisierung in Komposition und Funktion
N2  - The nuclear envelope serves as important mRNA surveillance system. In yeast and humans, several control mechanisms act in parallel to prevent nuclear export of unprocessed mRNAs. However, trypanosomes lack homologues to most of the proteins involved. In addition, gene expression in trypanosomes relies almost completely on post-transcriptional regulation as they transcribe mRNAs as long polycistrons, which are subsequently processed into individual mRNA molecules by trans-splicing. As trans-splicing is not error-free, unspliced mRNAs may be recognized and prevented from reaching the cytoplasm by a yet unknown mechanism. 
When trans-splicing is inhibited in trypanosomes, the formation of a novel RNA granule type at the cytoplasmic periphery of the nucleus, so called nuclear periphery granules (NPGs) was previously observed. To identify potential regulators of nuclear export control, changes in protein localization which occur when trans-splicing is inhibited, were globally analyzed during this work. For this, trypanosome nuclei were purified under conditions maintaining NPG attachment to the nucleus, in the absence and presence of trans-splicing. Mass spectrometry analyses identified 128 proteins which are specifically enriched in nuclear preparations of cells inhibited for trans-splicing. Amongst them are proteins, which change their localization to the nucleus or to the nuclear pores as well as many proteins that move into NPGs. Some of these proteins are promising candidates for nuclear export control proteins, as the changes in localization (to the nucleus or nuclear pores) were specific to the accumulation of unspliced mRNAs. The NPG proteome almost exclusively contains proteins involved in mRNA metabolism, mostly unique to trypanosomes, notably major translation initiation factors were absent. These data indicate that NPGs are RNP complexes which have started or completed nuclear export, but not yet entered translation. As a byproduct of these proteomic studies, a high-quality dataset of the yet unknown T. brucei nuclear proteome is provided, closing an important gap in knowledge to study trypanosome biology, in particular nuclear related processes.
NPGs were characterized in more detail by microscopy. The granules are cytoplasmic and present in at least two different trypanosome life cycle stages. There are at least two distinct granule subsets, with differences in protein composition. A closer analysis of NPGs by electron microscopy revealed that the granules are electron dense structures, which are connected to nuclear pores by string-like structures.
In order to approach the function of NPGs, on the one hand, the hypothesis that NPGs might be related to perinuclear germ granules of adult gonads of C. elegans was tested: we found no relation between the two granule types. On the other hand, initial single molecule mRNA FISH experiments performed in trypanosomes showed no accumulation of unspliced transcripts in NPGs, arguing against an involvement of the granules in mRNA quality control.
N2  - Die Kernhülle um den Zellkern dient als wichtiges mRNA-Überwachungssystem in Eukaryoten. Bei Hefen und Menschen wirken dabei beispielsweise mehrere Kontrollmechanismen parallel, um den Export von unverarbeiteten mRNAs aus dem Kern heraus zu verhindern. Trypanosomen fehlen jedoch Homologe zu den Meisten hierbei beteiligten Proteinen. Außerdem basiert Genexpression in Trypanosomen fast ausschließlich auf posttranskriptioneller Kontrolle, da die Parasiten mRNAs als lange Polycistrons transkribieren, die anschließend durch Transspleißen zu einzelnen mRNA-Molekülen verarbeitet werden. Da der Prozess des Transspleißen nicht fehlerfrei zu sein scheint, gibt es möglicherweise einen noch unbekannten Mechanismus, der nicht gespleißte mRNAs erkennt und diese daran hindert, das Zytoplasma zu erreichen. 
Unter Bedingungen, in denen Transspleißen in Trypanosomen blockiert ist, konnte eine neue Art von RNA-Granula an der zytoplasmatischen Peripherie des Zellkerns beobachtet werden, sogenannte Nuclear Periphery Granules (NPGs). Um potentielle Regulatoren einer Kontrolle des mRNA-Exports zu identifizieren, wurde während dieser Arbeit umfassend analysiert, inwieweit sich die Lokalisation von Proteinen ändert, wenn Transspleißen gehemmt wird. Zu diesem Zweck wurden Zellkerne von Trypanosomen unter Bedingungen aufgereinigt, bei denen die Bindung der NPGs an den Zellkern in Abwesenheit und Gegenwart von Transspleißen erhalten blieb. Mit Hilfe von massen-spektrometrischen Analysen konnten 128 Proteine identifiziert werden, die spezifisch in den Kernpräparaten von Zellen angereichert sind, in denen Transspleißen blockiert ist. Darunter befinden sich Proteine, die ihre Lokalisation in den Kern hinein oder zu den Kernporen hin verändern, sowie viele Proteine, die sich in NPGs bewegen. Einige dieser Proteine stellen vielversprechende Kandidaten für eine potenzielle Rolle in der Kernexportkontrolle dar, da die Veränderungen in der Lokalisation (zum Kern oder zu den Kernporen) spezifisch für die Akkumulation von nicht gespleißten mRNAs waren. Das hier erarbeitete NPG-Proteom enthält fast ausschließlich Proteine, die am mRNA-Metabolismus beteiligt sind und nur in Trypanosomen vorkommen. Insbesondere fehlen im NPG-Proteom wichtige Translationsinitiationsfaktoren. Die Daten zeigen, dass NPGs RNP-Komplexe sind, die den Export aus dem Zellkern bereits begonnen oder abgeschlossen haben, aber noch nicht mit dem Translationsprozess begonnen haben. Als Nebenprodukt dieser proteomischen Analyse, kann ein qualitativ hochwertiger Datensatz des noch unbekannten Kernproteoms von T. brucei bereitgestellt werden. Damit wird eine wichtige Wissenslücke bei der Forschung zur Trypanosomenbiologie, insbesondere zu nuklearen Prozessen geschlossen.
Im Rahmen dieser Arbeit wurden außerdem NPGs anhand mikroskopischer Untersuchungen detaillierter charakterisiert. Die Granula sind zytoplasmatisch und liegen in mindestens zwei verschiedenen Lebenszyklusstadien von Trypanosomen vor. Es gibt mindestens zwei Untergruppen der Granula mit Unterschieden in der Proteinzusammensetzung. Eine genauere elektronenmikroskopische Analyse ergab, dass es sich bei NPGs um elektronendichte Strukturen handelt, die durch fadenartige Strukturen mit den Kernporen verbunden sind. 
Um mehr über die potenzielle Funktion von NPGs herauszufinden, wurde zum einen die Hypothese untersucht, dass NPGs mit perinuklearen Keimgranula adulter Gonaden in C. elegans verwandt sind: Es konnte keine Beziehung zwischen den beiden Granulatypen gefunden werden. Zum anderen zeigten erste Experimente mittels Einzelmolekül-mRNA-FISH in Trypanosomen keine Akkumulation von ungespleißten Transkripten in NPGs, was gegen eine Beteiligung an mRNA-Qualitätskontrollmechanismen spricht.
KW  - Trypanosoma brucei
KW  - Kinetoplastida
KW  - Rnsstoffwechsel
KW  - Nuclear periphery granules
KW  - RNA granules
KW  - Nuclear export control
KW  - Trypanosomes
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-234368
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Kramer, Susanne
A1  - Piper, Sophie
A1  - Estevez, Antonio
A1  - Carrington, Mark
T1  - Polycistronic trypanosome mRNAs are a target for the exosome
JF  - Molecular and Biochemical Parasitology
N2  - Eukaryotic cells have several mRNA quality control checkpoints to avoid the production of aberrant proteins. Intron-containing mRNAs are actively degraded by the nuclear exosome, prevented from nuclear exit and, if these systems fail, degraded by the cytoplasmic NMD machinery. Trypanosomes have only two introns. However, they process mRNA5 from long polycistronic precursors by trans-splicing and polycistronic mRNA molecules frequently arise from any missed splice site. Here, we show that RNAi depletion of the trypanosome exosome, but not of the cytoplasmic 5'-3' exoribonuclease XRNA or the NMD helicase UPF1, causes accumulation of oligocistronic mRNA5. We have also revisited the localization of the trypanosome exosome by expressing eYFP-fusion proteins of the exosome subunits RRP44 and RRP6. Both proteins are significantly enriched in the nucleus. Together with published data, our data suggest a major nuclear function of the trypanosome exosome in rRNA, snoRNA and mRNA quality control.
KW  - Trypanosoma brucei
KW  - Exosome
KW  - NMD
KW  - Polycistronic mRNA
KW  - trans-splicing
KW  - Trypanosomes
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-191350
VL  - 205
IS  - 1-2
ER  - 
TY  - THES
A1  - Jung, Jamin
T1  - Precise timing of the trypanosome cell division cycle
T1  - Präzises Timing des trypanosomalen Zellzyklus
N2  - African trypanosomes are the causative agents of fatal diseases in humans and livestock. Trypanosomes show a complex lifecycle and shuttle between the transmitting vector, the tsetse (Glossina spec.), and the mammalian host. As a result of this the parasite undergoes tremendous changes in morphology and metabolism to adapt to the different living environments.
The two best-studied lifecycle stages are the procyclic forms (PCF) that live in the tsetse fly and the proliferative bloodstream form (BSF) that resides in the mammalian blood. The most conspicuous weapon that trypanosomes use to evade the host immune attack is a dense layer of a single protein type, the variant surface glycoprotein (VSG), which shields the entire cell surface. Immune evasion required high rates of surface membrane turnover and surface coat recycling.
Trypanosomes show highly polarised cell architecture with all major eukaryotic organelles (endoplasmic reticulum, Golgi apparatus, endosomal apparatus, lysosome, mitochondrion and peroxisome-like glycosomes) generally present in single copy. Furthermore, trypanosomes possess a single flagellum, which is important not only for cellular motility but also for cell division.
How the duplication of all these cellular components is coordinated in order to progresss through the cell division cycle is poorly understood.
We used trypanosomes as a model organism due to the relative simplicity and the polarised nature of their cell architecture and determined the duplication of all their compartments. This was only possible due to a new synchronisation approach developed during this project.
In the first part of the thesis a precise temporal map of the cell division cycle of the BSF T. brucei cell division cycle was generated. By the use of well-described morphological markers (K/N status, new flagellum outgrowth and DNA synthesis) the position of individual cells was determined with high temporal resolution; this allowed us for the first time to synchronise a cell population in silico without affecting the naturally asynchronous growth.
In the second part of the thesis we used this tool to follow duplication events of the Major organelles during progression through the cell division cycle. We precisely determined the time points of organelle duplication and found that it is ordered in trypanosomes. Furthermore we found that BSF T. brucei cells do not grow continuously, cell size start to increase rapidly, during a short period of time, late in the cell division cycle. We speculate that the initiation of cell volume increase is temporally separated from the formation of all secretory organelles in order to ensure maintenance of the protective coat, which must remain intact at all times in order for BSF trypanosomes to be able to evade the host immune response.
N2  - Afrikanische Trypanosomen sind Erreger fataler Krankheiten sowohl bei Menschen also auch bei Nutztieren. Trypanosomen weisen einen komplexen Lebenszyklus auf und wechseln hierbei zwischen ihrem Überträger, der Tsetse Fliege (Glossina spec.) und ihrem Säugerwirt. Hieraus resultierend, erlebt der Parasit dramatische Veränderungen der Zellmorphologie und des Zell- metabolismus um sich an die jeweiligen Lebensräume anzupassen. Die zwei am besten unter- suchten Lebensstadien sind die Prozyklische Form (PCF), welche in der Tsetse Fliege vor- kommt und die Blutstrom Form, welche im Säugerwirt zirkuliert. BSF Trypanosomen leben extrazellulär im Säugerblut und sind hier kontinuierlich der Immunabwehr des Wirtes ausge- setzt. Durch einen dichten Proteinmantel eines einzigen Proteintyps, dem variablen Oberflä- chenglykoproteins (VSG) ummantelt der Parasit seine Zelloberfläche und schützt so invariable Proteine vor der Erkennung durch das Immunsystem. Um diesen VSG Mantel aufrecht zu er- halten werden enorm hohe Raten an Oberflächen-membran- und VSG- Recycling benötigt.
Trypanosomen weisen eine hoch polarisierte Zellarchitektur auf und die wichtigen Organellen (Endoplasmatisches Retikulum, Golgi Apparat, Endosomaler Apparat, Lysosome, Mitochondri- um und Glykosomen) sind generell in einfacher Kopie vorhanden. Weiterhin besitzen Trypano- somen ein einzenes Flagellum welches sowohl für die Bewegung als auch die Zellteilung des Parasiten von großer Bedeutung ist. All diese Bestandteile müssen während des Zellzyklus verdoppelt werden um zwei lebensfähige Tochterzellen zu generieren. Über die Koordinierung und die Mechanismen der Organellenteilung ist kaum etwas bekannt. Wir nutzen den einfachen Zellaufbau und die polarisierte Zellarchitektur von Trypanosomen um die Verdopplung der zel- lulären Bestandteile zu untersuchen. Dies war jedoch nur durch einen neuen Synchronisie- rungsansatz möglich der im Rahmen dieser Arbeit entwickelt und etabliert wurde.
Im ersten Teil der Arbeit wurde eine zeitlich hoch aufgelöste Kartierung des Zellzyklus vorge- nommen. Wir nutzen morphologisch gut beschriebene Marker um die Position einzelner Zellen im Zellzyklus zeitlich sehr genau zu bestimmen, somit kann eine in silico Synchronisierung durchgeführt werde ohne das natürliche Verhalten der Zellpopulation zu beeinflussen.
Im zweiten Teil der Arbeit wurde mittels dieser zeitlichen Zellzykluskarte der Teilungszeitpunkt aller wichtigen Organellen bestimmt. Hierbei fanden wir heraus, dass die Teilung der Zellorga- nellen in einer definierten Reihenfolge stattfindet. Weiterhin konnten wir zeigen, dass Trypano- somen nicht kontinuierlich wachsen, die Zelle wächst in einer relativ kurzen Phase, spät im Zellzyklus. Wir vermuten, dass die Teilung der sekretorischen Organellen und das Zellwachs- tums zeitlich voneinander getrennt sind um so den schützenden Proteinmantel, der für das überleben im Blut unabdingbar ist, aufrecht zu erhalten.
KW  - Zellteilung
KW  - Trypanosomes
KW  - Trypanosomen
KW  - Zellbiologie
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-114932
ER  -