Der Einfluss seltener Codons auf die Expression plastidencodierter Proteine

Abstract

Die heterologe Genexpression im Chloroplasten von C. reinhardtii gewinnt zunehmend an Bedeutung. Dabei spielt die codon usage heterolog zu exprimierender Gene eine essentielle Rolle, da diese die Qualität & Quantität synthetisierter Proteine beeinflusst. Im Rahmen der Arbeit wurden Effekte der codon usage auf die Expression plastidencodierter Proteine von C. reinhardtii untersucht. Durch Etablierung eines Codon Test Systems konnten Effekte verschiedener Codon-Cluster auf die Expression der plastidär codierten D1-Untereinheit des PSII analysiert werden. Zudem wurden Varianten des aadA-Gens und des GFP-Gens heterolog im Plastom exprimiert. Die Versuche zeigen, dass selten genutzte Arg-Codons die Genexpression massiv beeinträchtigen und lediglich die Anpassung der Arg-codon usage vermutlich eine erhöhte Ausbeute heterolog exprimierter Produkte ermöglicht. In einem weiteren Teil der Arbeit wurde Hinweisen zur Existenz des prokaryotischen tmRNA-Mechanismus nachgegangen, dessen Vorkommen in verschiedenen Plastomen postuliert wird. Jedoch lieferten die Versuche noch keine Hinweise auf das Vorhandensein des Systems im Plastom der Grünalge.

Within the last few years, heterologous gene expression in the chloroplast of the green algae C. reinhardtii has become increasingly important. In this system codon usage adaption plays an important role since it can drastically affect the quantity & quality of the expressed protein. In this thesis, effects of codon usage on the expression of plastidically encoded proteins of C. reinhardtii have been investigated. By establishing an in vivo codon test system, effects of different codon clusters on the expression of the D1-subunit of the PSII could be analyzed. Furthermore, two variants of the aadA-gene and the GFP-gene could be expressed in the C. reinhardtii plastome. The experiments show that especially rarely used Arg-codons drastically affect gene expression and that only the adaption of Arg-codon usage can result in higher yields of the expressed products. Another part of the thesis was to analyze the role of the prokaryotic tmRNA-tagging system, which is also postulated for some plastomes. However, none of the experiments so far gave hints for such a system in the C. reinhardtii chloroplast.