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Identifizierung von diversitätsgenerierenden Retroelementen (DGRs) in Cyanobakterien und strukturelle Charakterisierung der Templat RNA eines DGRs aus dem Cyanobakterium Nostoc sp. PCC7120

  • Die kürzlich entdeckte Klasse der diversitätsgenerierenden Retroelemente (DGRs) kann ihrem Wirt einen selektiven Vorteil über eine beschleunigte Proteinevolution verschaffen. Dazu bedient sich das DGR eines nicht proliferativen „copy and replace“ Mechanismus, der kodierende Sequenzinformation zielgerichtet von einem Templat Repeat über ein RNAIntermediat zu einem spezifischen Gen transferiert. Die Sequenz wird während dem Prozess hypermutiert, was vermutlich durch eine Fehleranfälligkeit der DGR-kodierten reversen Transkriptase (RT) geschieht. Dabei kann die mutierte Sequenz eine höhere Diversität erreichen, als es für die Antikörper und T-Zell-Rezeptoren des Immunsystems von Vertebraten beobachtet wurde. In dieser Arbeit wurde die Verteilung von DGRs in einer Stammsammlung von Cyanobakterien untersucht. Dafür wurde ein Screening mit degenerierten Primern auf die DGR-kodierte RT durchgeführt. Es konnten ca. 30 % (34) der analysierbaren Cyanobakterienstämme positiv auf Präsenz eines DGRs getestet werden. Dazu gehört ein DGR aus Anabaena flos-aquae, von dem auch die Sequenz ermittelt werden konnte. Dieses neu entdeckte DGR wurde zusammen mit zwei weiteren DGRs aus Nostoc sp. PCC7120 und Treponema denticola auf Aktivität untersucht, wobei die letzten beiden Elemente eine DGR-vermittelte Variation gezeigt haben. Das demonstriert die Funktionsfähigkeit der Elemente, gibt aber zugleich einen Hinweis auf eine starke Regulation, da die beobachtete Frequenz der Diversifizierung sehr gering war. Eine Regulation wäre vorteilhaft für den Wirt, da vermutlich ein Großteil der Mutationen die Funktion der variablen Proteine beeinträchtigt. Von dem funktionsfähigen DGR aus Nostoc sp. PCC7120 wurde anschließend die Struktur des RNA-Intermediats bioinformatisch und experimentell aufgeklärt. Dabei handelt es sich um die erste aufgeklärte Struktur von RNA-Intermediaten aus DGRs. Basierend auf den Daten konnte eine Konsensus-Struktur für 13 Sequenzen aus Cyanobakterien, grünen Schwefelbakterien, Purpurbakterien, Treponema denticola und dem Bordetella-Phagen berechnet werden, in der vier Haarnadelstrukturen konserviert zu sein scheinen. Diese Strukturelemente könnten auf eine konservierte Funktion des RNA-Intermediats hinweisen und eine hochaffine Bindestelle für die DGR-kodierte RT bereitstellen bzw. für eine katalytische Aktivität als Endonuklease benötigt werden. Damit liefert diese Arbeit einen wichtigen Beitrag für die experimentelle Identifizierung von DGRs, sowie deren Verteilung und Regulation in Bakterien. Desweiteren bietet die Arbeit einen Hinweis darauf, dass es sich bei dem RNA-Intermediat nicht nur um eine mobile Komponente handelt, sondern weitere Funktionen hinzukommen könnten.

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Metadaten
Author:Philipp Möller
URN (permanent link):urn:nbn:de:hbz:386-kluedo-41054
Advisor:Nora Zingler
Document Type:Doctoral Thesis
Language of publication:German
Publication Date:2015/06/22
Date of first Publication:2015/06/22
Publishing Institute:Technische Universität Kaiserslautern
Granting Institute:Technische Universität Kaiserslautern
Acceptance Date of the Thesis:2015/06/19
Date of the Publication (Server):2015/06/22
Number of page:IX, 167
Faculties / Organisational entities:Fachbereich Biologie
DDC-Cassification:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 570 Biowissenschaften, Biologie
Licence (German):Standard gemäß KLUEDO-Leitlinien vom 13.02.2015