Immunomodulation of cytosolic small heat shock proteins in transgenic tobacco plants

Abstract

Die Immunmodulation von cytoplasmatischen sHSP durch Expression von Einzelketten-Antikörpern (scFv) mit Spezifität gegen cytoplasmatische sHSP wurde als methodischer Ansatz zur Funktionsanalyse cytoplasmatischer sHSP in der Stressantwort gewählt. Die durch Immunmodulation vermittelte Blockade der Aggregation oligomerer sHSP-scFv-Komplexe zu HSG führt jedoch nicht nur zur Erniedrigung von basaler und erworbener Thermotoleranz, sondern reduziert die Fähigkeit transgener Pflanzenzellen, Langzeitstressbedingungen zu überleben, verursacht irreversible Stressschäden und Zelltod. Die signifikante Erniedrigung von basaler und erworbener Thermotoleranz sowie die Blockade der HSG-Bildung in transgenen Pflanzen mit cytoplasmatischer Expression von anti-sHSP-scFv dokumentieren eindeutig die Eignung der Immunmodulation zur Funktionsanalyse pflanzlicher Proteine. Durch diesen methodischen Ansatz wurde erstmalig nachgewiesen, dass cytoplasmatische sHSP an der Ausprägung von basaler und erworbener Thermotoleranz beteiligt sind, wobei ihrer Autoaggregation zu HSG eine Schlüsselfunktion bei der Rekonstitution des Zellmetabolismus nach langzeitigem Hitzestress zukommt.

Immunomodulation-mediated blocking of sHSP oligomerization leads not only to decrease of basal and acquired thermotolerance but reduces ability of transgenic plant cells to survive long-term heat stress conditions, suffer irreversible stress damages and cell death. Significant decrease of basal and acquired thermotolerance as well as blocking of HSG formation in transgenic plants with cytoplasmic expression of anti-sHSP scFv proofs the importance of immunomodulation for functional analysis of plant proteins. Using this methodical approach, it was for the first time proved that cytoplasmic sHSPs are involved in the processes of basal and acquired thermotolerance, where their aggregation into HSG plays the key role in the reconstruction of cell metabolism after long-term heat stress.