Plastidäre Vorläuferproteine im Cytosol : Import vs. Degradation

Abstract

In Arabidopsis thaliana ist der Großteil plastidärer Proteine im Zellkern kodiert und wird im Cytosol als Vorläuferproteine synthetisiert. Hier unterliegen Vorläuferproteine Modifikationen und Regulationen, die weitestgehend unbekannt sind. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass die zweite Aminosäure von Vorläuferproteinen über die Art der N-terminalen Modifikationen bestimmt und Einfluss auf die Importeffizienz oder Stabilität in transient transformierten Protoplasten hat. Des Weiteren führte die Inhibierung des 26S Proteasoms zur Akkumulation von Vorläuferproteinen, was eine Verknüpfung des Ubiquitin-Proteasom-Systems (UPS) und der Degradation von Vorläuferproteinen bestärkte. Die Mutation der regulatorischen Proteasom-Untereinheit Rpn8A in Kombination mit einem Importdefekt in der Doppelmutante rpn8a ppi2 zeigte eine partielle Komplementation des Plastidenphänotyps von ppi2. Proteomanalysen zeigten unter anderem erhöhte Mengen an Proteinen der Photosynthese. Die Ergebnisse wiesen auf einen regulatorischen Effekt des Proteasoms auf die Plastidenbiogenese hin. Die Stabilisierung von Vorläuferproteinen im Cytosol sowie die Anpassung an Stress könnten dabei von Bedeutung sein.

The majority of Arabidopsis thaliana plastid proteins is nuclear encoded and has to be synthesized in the cytosol as preproteins. Plastid preproteins are modified in the cytosol and subject to quality control prior to their organellar translocation. We show here that the second amino acid of plastid preproteins determines N-terminal modifications and influences import efficiency or stability in transiently transformed protoplasts. Further inhibition of the 26S proteasome leads to accumulation of preproteins, supporting a connection between the ubiquitin-proteasome system (UPS) and preprotein degradation. The mutation of the regulatory proteasome subunit Rpn8A in the plastid protein import mutant 2 (ppi2) background leads to partial rescue of the ppi2 plastid phenotype. A proteome-wide comparison of ppi2 with the rpn8a ppi2 double mutant showed among other things increased abundance of photosynthetic proteins. These results refer to regulatory effects of the proteasome on the plastid biogenesis. In this process preprotein stability in the cytosol and adaption to stress could play a leading role.