TY  - JOUR
A1  - Adam, Alexander
A1  - Deimel, Stephan
A1  - Pardo-Medina, Javier
A1  - García-Martínez, Jorge
A1  - Konte, Tilen
A1  - Limón, M. Carmen
A1  - Avalos, Javier
A1  - Terpitz, Ulrich
T1  - Protein activity of the \(Fusarium\) \(fujikuroi\) rhodopsins CarO and OpsA and their relation to fungus−plant interaction
JF  - International Journal of Molecular Sciences
N2  - Fungi possess diverse photosensory proteins that allow them to perceive different light wavelengths and to adapt to changing light conditions in their environment. The biological and physiological roles of the green light-sensing rhodopsins in fungi are not yet resolved. The rice plant pathogen Fusarium fujikuroi exhibits two different rhodopsins, CarO and OpsA. CarO was previously characterized as a light-driven proton pump. We further analyzed the pumping behavior of CarO by patch-clamp experiments. Our data show that CarO pumping activity is strongly augmented in the presence of the plant hormone indole-3-acetic acid and in sodium acetate, in a dose-dependent manner under slightly acidic conditions. By contrast, under these and other tested conditions, the Neurospora rhodopsin (NR)-like rhodopsin OpsA did not exhibit any pump activity. Basic local alignment search tool (BLAST) searches in the genomes of ascomycetes revealed the occurrence of rhodopsin-encoding genes mainly in phyto-associated or phytopathogenic fungi, suggesting a possible correlation of the presence of rhodopsins with fungal ecology. In accordance, rice plants infected with a CarO-deficient F. fujikuroi strain showed more severe bakanae symptoms than the reference strain, indicating a potential role of the CarO rhodopsin in the regulation of plant infection by this fungus.
KW  - fungal rhodopsins
KW  - CarO
KW  - OpsA
KW  - Fusarium fujikuroi
KW  - Oryza sativa
KW  - rice–plant infection
KW  - green light perception
KW  - indole-3-acetic acid (IAA)
KW  - bakanae
KW  - patch-clamp
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-285125
SN  - 1422-0067
VL  - 19
IS  - 1
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Panzer, Sabine
A1  - Brych, Annika
A1  - Batschauer, Alfred
A1  - Terpitz, Ulrich
T1  - Opsin 1 and Opsin 2 of the corn smut fungus ustilago maydis are green light-driven proton pumps
JF  - Frontiers in Microbiology
N2  - In fungi, green light is absorbed by rhodopsins, opsin proteins carrying a retinal molecule as chromophore. The basidiomycete Ustilago maydis, a fungal pathogen that infects corn plants, encodes three putative photoactive opsins, called ops1 (UMAG_02629), ops2 (UMAG_00371), and ops3 (UMAG_04125). UmOps1 and UmOps2 are expressed during the whole life cycle, in axenic cultures as well as in planta, whereas UmOps3 was recently shown to be absent in axenic cultures but highly expressed during plant infection. Here we show that expression of UmOps1 and UmOps2 is induced by blue light under control of white collar 1 (Wco1). UmOps1 is mainly localized in the plasma membrane, both when expressed in HEK cells and U. maydis sporidia. In contrast, UmOps2 was mostly found intracellularly in the membranes of vacuoles. Patch-clamp studies demonstrated that both rhodopsins are green light-driven outward rectifying proton pumps. UmOps1 revealed an extraordinary pH dependency with increased activity in more acidic environment. Also, UmOps1 showed a pronounced, concentration-dependent enhancement of pump current caused by weak organic acids (WOAs), especially by acetic acid and indole-3-acetic acid (IAA). In contrast, UmOps2 showed the typical behavior of light-driven, outwardly directed proton pumps, whereas UmOps3 did not exhibit any electrogenity. With this work, insights were gained into the localization and molecular function of two U. maydis rhodopsins, paving the way for further studies on the biological role of these rhodopsins in the life cycle of U. maydis.
KW  - Ustilago maydis
KW  - patch-clamp
KW  - fungal rhodopsins
KW  - microbial rhodopsins
KW  - acetate
KW  - indole-3-acetic acid
KW  - structured illumination microscopy
KW  - sporidia
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-201453
VL  - 10
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Milanos, Sinem
A1  - Elsharif, Shaimaa A.
A1  - Janzen, Dieter
A1  - Buettner, Andrea
A1  - Villmann, Carmen
T1  - Metabolic Products of Linalool and Modulation of GABA\(_{A}\) Receptors
JF  - Frontiers in Chemistry
N2  - Terpenoids are major subcomponents in aroma substances which harbor sedative physiological potential. We have demonstrated that various monoterpenoids such as the acyclic linalool enhance GABAergic currents in an allosteric manner in vitro upon overexpression of inhibitory α1β2 GABA\(_{A}\) receptors in various expression systems. However, in plants or humans, i.e., following intake via inhalation or ingestion, linalool undergoes metabolic modifications including oxygenation and acetylation, which may affect the modulatory efficacy of the generated linalool derivatives. Here, we analyzed the modulatory potential of linalool derivatives at α1β2γ2 GABA\(_{A}\) receptors upon transient overexpression. Following receptor expression control, electrophysiological recordings in a whole cell configuration were used to determine the chloride influx upon co-application of GABA EC\(_{10-30}\) together with the modulatory substance. Our results show that only oxygenated linalool metabolites at carbon 8 positively affect GABAergic currents whereas derivatives hydroxylated or carboxylated at carbon 8 were rather ineffective. Acetylated linalool derivatives resulted in non-significant changes of GABAergic currents. We can conclude that metabolism of linalool reduces its positive allosteric potential at GABAA receptors compared to the significant potentiation effects of the parent molecule linalool itself.
KW  - Cys-loop receptor
KW  - GABA\(_{A}\)
KW  - receptor
KW  - linalool
KW  - linalyl acetate
KW  - oxygenation
KW  - patch-clamp
Y1  - 2017
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-170779
VL  - 5
IS  - 46
ER  - 
TY  - THES
A1  - Stölzle, Sonja
T1  - Licht- und Redoxregulation von Calcium-permeablen Kanälen in Arabidopsis thaliana Mesophyllzellen
T1  - Light- and redoxregulation of calcium-permeable channels in Arabidopsis thaliana mesophyll cells
N2  - 1. Mesophyllzellen von Arabidopsis thaliana sind mit Hyperpolarisations-ab-hängigen, Calcium-permeablen Kanälen ausgestattet. In Ca2+-haltigen Lösungen folgte die Nullstromspannung der Nernst-Spannung mit 27 mV bei einer zehnfachen Erhöhung der Ca2+-Konzentration. Die Sequenz an relativen Stromamplituden ergab Ba2+ (131,8 ± 20) > Ca2+ (100) > Mg2+ (84,3 ± 18). Der makroskopische Strom wurde auf der Basis einer 7,2 ± 1 pS-Leitfähigkeit bei einer Pipettenlösung mit 10 mM Ba2+ in der cell-attached Konfiguration gebildet. Die Kanäle waren sensitiv gegenüber Lanthan und Gadolinium, wobei die Stromamplitude bei 100 µM Lanthan um 97,2 ±7 % und bei 100 µM Gadolinium um 95,2 ± 7 % reduziert wurde. 2. Blaulicht induzierte den Hyperpolarisations-abhängigen, Calcium-permeablen Kanal in dunkeladaptierten, intakten Mesophyll-Protoplasten. Die Aktivierung war zeitabhängig und der Stromanstiegs erreichte eine Sättigung nach 11-16 Minuten. Weiterhin wurde bestimmt, dass eine Kanalaktivität erst bei einer Intensität an Blaulicht > 50 µmol/m2s1 induziert wird. Aufgrund der Tatsache, dass der photosynthetische Elektronentransport-Entkoppler DCMU die Aktivierung nicht verhinderte, konnte eine Beteiligung des Photosyntheseapparates ausgeschlossen werden. Eine Inhibierung der Aktivierung nach Inkubation mit dem Kinase-Inhibitor K252a war ein erster Hinweis für die Beteiligung von Phototropinen als relevante Blaulicht-Rezeptoren, da Phototropine eine Kinase-Funktion besitzen. Diese Hypothese bestätigte sich nach Überprüfung der Phototropin-knockout-Mutanten phot1-5 und phot1-5 phot2-1. Da die Aktivierung in phot1-5 reduziert war, und in phot1-5 phot2-1 keine Aktivierung der Kanäle durch Blaulicht mehr möglich war, konnte auf eine überlappende Funktion beider Photorezeptoren bezüglich der Aktivierung von Calcium-permeablen Kanälen geschlossen werden. Dagegen konnte eine Beteiligung weiterer Blaulicht-Rezeptoren, der Cryptochrome, ausgeschlossen werden. 3. Neben Blaulicht aktivierten auch reaktive Sauerstoff-Spezies (ROS) Hyper-polarisation-abhängige, Calcium-permeable Kanäle. Protoplasten mit intaktem Cytoplasma (cell-attached Konfiguration) zeigten nach Applikation von 5 mM H2O2 eine zeitabhängige Aktivierung der Lanthan-sensitiven Kanäle. Eine Sättigung des Stromanstiegs wurde nach ca. 25 Minuten erreicht. Neben dem Wildtyp (Col-0) wurde die Mutante dnd1 hinsichtlich Calcium-permeabler Kanäle überprüft. Sie besitzt einen nicht-funktionellen putativen cyclisch-Nukleotid-aktivierten Kanal, CNGC2, und zeigt Phänotypen bei der Pathogenabwehr. Eine histochemische DAB-Färbung ergab, dass dnd1 eine dem Wildtyp vergleichbare ROS-Produktion nach Inokulation mit avirulenten Pseudomonas syringae DC 3000 pv. tomato avrB besitzt. Da eine ROS- bzw. H2O2-Produktion, ein wichtiger initiierender Schritt bei Abwehrmechanismen, in der Mutante nicht beeinträchtigt war, wurde überprüft, ob ROS-aktivierte, Calcium-permeable Kanäle in dnd1 beobachtet werden konnten. Nach Applikation von 5 mM H2O2 zu intakten Protoplasten wurde keine dem Wildtyp vergleichbare Aktivierung Calcium-permeabler Kanäle festgestellt. Daraufhin konnte spekuliert werden, dass CNGC2 im Wildtyp den Calcium-permeablen Kanal repräsentiert. Eine Blaulicht-Aktivierung der Calcium-permeablen Kanäle in der Kanal-Mutante war jedoch möglich, was die Frage aufkommen ließ, ob es sich um verschiedene Kanäle mit denselben elektrophysiologischen Charakteristika handelt, oder ob es sich bei dem H2O2-aktivierten und dem Blaulicht-aktivierten Kanal um denselben Kanal handelt, der durch verschiedene Signalketten angeschaltet wird. Cyclische Nukleotide (cAMP) konnten die Kanäle in Wildtyp-Protoplasten nicht aktivieren, was dagegen sprach, dass es sich um CNGC2 handelte. Eine Inhibierung der H2O2-aktivierten Ströme durch den Calmodulin-Inhibitor W7 wies auf eine Beteiligung eines Calmodulin-abhängigen Schritts in der Signalkette hin. Untersuchungen des Calcium-permeablen Kanals in der outside-out Konfiguration mit einer dem Cytoplasma ähnlichen internen Lösung ergab, dass eine Kanalaktivität durch eine erhöhte Calcium-Konzentration (21 µM) bei Vorhandensein von Calmodulin induziert werden konnte. Cyclische Nukleotide aktivierten wie erwartet keine Hyperpolarisation-abhängigen, Calcium-permeablen Kanäle. Dies deutete darauf hin, dass CNGC2 die Calcium-permeablen Kanäle über einen Ca2+/Calmodulin-abhängigen Schritt in einer H2O2-induzierten Signalkette regulieren könnte. Lokalisationsstudien mit einem GFP-CNGC2-Fusionskonstrukt (CNGC2::mGFP4 /pPILY) zeigten, dass der Kanal in vivo im Endoplasmatischen Retikulum lokalisiert sein könnte. Dies bestätigte die Hypothese, dass CNGC2 nicht den Calcium-permeablen Kanal in der Plasmamembran repräsentiert und dass der Verlust der Kanalaktivität in dnd1 in einer beeinträchtigten Signalkette zu suchen ist.
N2  - 1. Hyperpolarisation-dependent, calcium-permeable channels have been found in Arabidopsis thaliana mesophyll cells. In Ca2+-containing solutions, the reversal potential shifted 27 mV with a tenfold increase of the Ca2+-concentration. The relative sequence of permeability was Ba2+ (131,8 ± 20) > Ca2+ (100) > Mg2+ (84,3 ± 18). The macroscopic current in the cell-attached configuration was based on a 7,2 ± 1 pS-conductance with 10 mM Ba2+ in the pipette solution. The channels were sensitive to lanthanum and gadolinium. Current amplitudes decreased 97,2 ±7 % after application of 100 µM La3+ and 95,2 ± 7 % after application of 100 µM Gd3+. 2. Blue-light (450-490 nm) induced hyperpolarisation-dependent, calcium-permeable channels in dark-adapted mesophyll-protoplasts with intact cytoplasm. The current increase was time-dependent and saturated after 11-16 minutes. Examining the dose dependence of channel activation revealed that > 50 µmol/m2s1 blue-light induces channel activity. Phototsynthesis was shown to be not involved in the signaling cascade since the photosynthetic electron-transport inhibitor DCMU did not inhibit channel activation. The inhibition of channel activation with the kinase inhibitor K252a pointet to the involvement of phototropins. This hypothesis proved to be true when the phototropin knockout mutants phot1-5 and phot1-5 phot2-1 were examined. In phot1-5, the activation was clearly reduced and in phot1-5 phot2-1 no blue-light activation was observed anymore. Furthermore, this pointed to an overlapping function of both photoreceptors. The involvement of cryptochromes, further blue-light receptors, could be excepted. 3. Beside blue-light, also reactive oxygen species (ROS) were shown to activate calcium-permeable channels in intact mesophyll protoplasts. After application of 5 mM H2O2, lanthanum-sensitive channels showed a time-dependent current increase with a saturation after approx. 25 minutes. Beside wildtype-plants (Col-0), also the mutant dnd1 has been tested. dnd1 is characterized by a truncated protein of a putative cyclic-nucleotide-gated channel, CNGC2. The plants are dwarfed in stature, have an elevated level of salicylic acid and exhibit a resistance against a variety of virulent bacterial, fungal and viral phatogens without developing a hypersensitive response. After inoculation of leaves with Pseudomonas syringae DC 3000 pv. tomato avrB, dnd1 showed a production of ROS like the wildtype. In contrast, an activation of calcium-permeable channels by ROS was not observed. A blue-light-dependent activation of calcium-permeable channels was still possible. This raised the question if blue-light and H2O2 activate the same channel via different signaling cascades or if there are two calcium-permeable channels. Cyclic nucleotides alone did not activate the channels, pointing to the possibility that CNGC2 does not represent the calcium-permeable channel. Furthermore, when the intact cytoplasm was lost (outside-out configuration), H2O2-induced channel activity was also observed in dnd1, possibly due to the loss of a composition of regulating compounds in the cytoplasm. Therefore it was concluded that CNGC2 does not represent the observed calcium-permeable channel and that CNGC2 is placed upstream of the activation of these channels. An inhibition of the H2O2-induced channel activation by the calmodulin (CaM) inhibitor W7 pointet to the involvement of a CaM-dependent step in the signaling cascade. When the cytoplasm was replaced with a pipette solution containing an elevated level of Ca2+ (21 µM) and CaM, channel activity was induced. Ca2+, cyclic nucleotides or CaM alone did not have this effect. This pointed to the possibility, that CNGC2 might activate calcium-permeable channels via a Ca2+/CaM-dependent signaling pathway. Subcellular localisation studies with a GFP-fusionconstruct (CNGC2::mGFP4 /pPILY) revealed that CNGC2 might be located in the endoplasmatic reticulum. This reeinforced the hypothesis that CNGC2 does not represent the calcium-permeable channel in the plasma membrane and that the loss of channel activity in dnd1 is due to an impaired signaling cascade. Also the expression of GFP-labeled CNGC2 in a heterolguous system (HEK293 cells) showed that neither the full-length nor a mutant containing a partly deletion of the N-terminal end (CNGC2::EGFP/pcDNA3.1 or CNGC2-D112::EGFP/pcDNA3.1) is transported to the plasma membrane. Therefore no electrophysiological characterization of CNGC2 in this cell line was possible.
KW  - Ackerschmalwand
KW  - Mesophyll
KW  - Calciumkanal
KW  - Reaktive Sauerstoffspezies
KW  - Blaulicht
KW  - Patch-Clamp-Methode
KW  - Kanäle
KW  - Calcium
KW  - Patch-Clamp
KW  - Blaulicht
KW  - ROS
KW  - channels
KW  - calcium
KW  - patch-clamp
KW  - bluelight
KW  - ROS
Y1  - 2003
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-6975
ER  - 
TY  - THES
A1  - Wulf, Andrea
T1  - Regulierung eines kalziumempfindlichen Kaliumkanals durch Proteinkinase C
T1  - Regulation of a Ca2+-sensitive K+ channel by protein kinase C
N2  - Ca2+-empfindliche K+-Kanäle mittlerer Leitfähigkeit (IK1-Kanäle) übernehmen wichtige Funktionen bei vielen physiologischen Prozessen wie z.B. bei der Zell-Proliferation, der epithelialen Salz- und Wasser-Sekretion und der Zellmigration. Die Kanäle werden durch die intrazeluläre Ca2+-Konzentration reguliert, wobei ihre Ca2+-Sensitivität durch Phosphorylierungsreaktionen moduliert werden kann. Ziel dieser Arbeit war die funktionelle Charakterisierung des aus transformierten Nierenepithelzellen (MDCK-F-Zellen) klonierten Ca2+-sensitiven K+-Kanals mittlerer Leitfähigkeit (cIK1) und die Untersuchung seiner Regulierung durch die Proteinkinase C (PKC). Dazu wurde der Kanal heterolog in CHO- und HEK293-Zellen exprimiert. Seine biophysikalischen und pharmakologischen Eigenschaften sowie der Einfluß der Proteinkinase C auf die Kanalaktivität wurden mit Hilfe der Patch-Clamp-Technik untersucht. Die cIK1-Ströme sind schwach einwärtsrektifizierend, zeigen keine Aktivierungs- oder Inaktivierungskinetik und weisen im physiologischen Bereich keine Spannungsabhängigkeit auf. Der cIK1 ist K+-selektiv und wird durch einen Anstieg der intrazellulären Ca2+-Konzentration aktiviert. Der Kanal wird durch Barium, Charybdotoxin und Clotrimazol blockiert und durch 1-Ethyl-2-Benzimidazolon aktiviert. Die funktionellen und pharmakologischen Eigenschaften des klonierten cIK1 entsprechen damit denen des nativen Kanals aus MDCK-F-Zellen und stimmen mit denen anderer Mitglieder der IK1-Kanalfamilie überein. Neben der Regulierung durch die intrazelluläre Ca2+-Konzentration wird der cIK1 auch durch eine PKC-abhängige Phosphorylierung reguliert. Sowohl ATP als auch ATP?S stimulieren die Kanalaktivität. Die ATP-abhängige Aktivierung wird durch Inhibitoren der Proteinkinase C (Bisindolylmaleimid, Calphostin C) gehemmt, während die mit ATP?S induzierte Kanalaktivität weitgehend resistent gegen diese PKC-Inhibitoren ist. Eine Stimulierung der Proteinkinase C mit Phorbol 12-Myristat 13-Acetat (PMA) führt zu einer sofortigen Aktivierung des cIK1. Im Gegensatz dazu sind die cIK1-Kanäle nach fast vollständigem Abbau der Proteinkinase C durch eine langfristige Inkubierung der Zellen mit PMA nicht mehr aktiv. Um zu untersuchen, ob diese Regulierung eine direkte Interaktion der Proteinkinase C mit dem Kanalprotein erfordert, wurden die drei putativen PKC-Konsensussequenzen des cIK1 mittels zielgerichteter Mutagenese so verändert, daß eine Phosphorylierung an diesen Stellen nicht mehr möglich ist. Weder die einzelne Mutation der PKC-Konsensussequenzen (T101, S178, T329) noch die gleichzeitige Mutation aller drei Phosporylierungsstellen zu Alanin beeinflußt die akute Regulierung des cIK1 durch die Proteinkinase C. Die cIK1-Mutante T329A und die Dreifachmutante reagieren jedoch nach einem Abbau der Proteinkinase C mit einem extremen Anstieg der Kanalaktivität und demaskieren damit einen zweiten Weg der Kanalregulierung. Die Ergebnisse zeigen, daß der cIK1 durch zwei voneinander unabhängige Mechanismen reguliert wird. Eine PKC-abhängige Phosphorylierung erhöht die Aktivität der Kanäle, findet jedoch nicht an den bekannten PKC-Konsensusesquenzen des Kanalproteins statt. Dagegen werden die cIK1-Kanäle über einen zweiten ATP-abhängigen Mechanismus, der wahrschenlich eine direkte Interaktion mit dem Kanalprotein erfordert, gehemmt.
N2  - Ca2+ sensitive K+ channels of intermediate conductance (IK1 channels) are required for many physiological functions such as cell proliferation, epithelial transport or cell migration. The intracellular Ca2+ concentration is the most important regulator of IK1 channels. Their Ca2+ sensitivity can be modified by phosphorylation-dependent reactions. The aim of this study was the functional characterisation of the canine isoform cIK1 cloned from transformed renal epithelial cells (MDCK-F cells) and the investigation of mechanisms by which it is regulated by protein kinase C (PKC). cIK1 channels were heterologously expressed in CHO and HEK293 cells and investigated by means of patch clamp technique. cIK1 channels elicit a K+ selective, inwardly rectifying, and Ca2+-dependent current. It is inhibited by barium, charybdotoxin, clotrimazole, and activated by 1-ethyl-2-benzimidazolone. The electrophysiological and pharmacological characteristics thereby correspond to those of native cIK1 channels from MDCK-F cells and those of other IK1 channel isoforms. CIK1 channel are regulated by the intracellular Ca2+ concentration and in addition by protein kinase C. They are activated by the intracellular application of ATP or ATP?S. ATP-dependent activation is reversed by protein kinase C inhibitors (bisindolylmaleimide, calphostin C), while stimulation with ATP?S resists protein kinase C inhibition. Stimulation of protein kinase C with phorbol 12-myristate 13-acetate (PMA) leads to the acute activation of cIK1 currents. In contrast, PKC depletion by overnight incubation with PMA prevents ATP-dependent cIK1 activation. To investigate whether this regulation requires a direct interaction with the channel protein, the three putative protein kinase C phosphorylation sites were mutated, so that the channel protein would no longer be phosphorylated at those residues. Neither single mutations nor the simultaneous mutation of all protein kinase C phosphorylation sites (T101, S178, T329) to alanine alter the acute regulation of cIK1 channels by protein kinase C. However, current amplitudes of the cIK1 mutant T329A and the triple mutant are dramatically increased upon logterm treatment with PMA. These mutations thereby disclose an inhibitory effect on cIK1 current of protein kinase C phosphorylation site at T329. Our results indicate that cIK1 activity is regulated in two ways. Protein kinase C dependent activation of cIK1 channels occurs indirectly, while the inhibitory effect probably requires a direct interaction with the channel protein.
KW  - Kaliumkanal
KW  - Calcium
KW  - Calciumion
KW  - Proteinkinase C
KW  - Kaliumkanäle
KW  - Proteinkinase C
KW  - patch-clamp
KW  - Mutagenese
KW  - Phosphorylierung
KW  - potassium channels
KW  - proteinkinase C
KW  - patch-clamp
KW  - mutagenesis
KW  - phosphorylation
Y1  - 2001
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-1179144
ER  -