Advanced

Plant Calreticulins - isoforms, localization and function

Svensson, Karin LU (2007)
Abstract (Swedish)
Popular Abstract in Swedish

Populärvetenskaplig sammanfattning på svenska

Denna avhandling handlar om kalretikulin (engelska: calreticulin; CRT), ett protein som bidrar till att andra protein får rätt struktur och som också är inblandat i en kvalitetskontroll av dessa. CRT ser också till att kalciumbalansen i cellen upprätthålls. Hur går detta då till och hur bidrar denna avhandling till att öka kunskapen om CRT?



Alla protein är uppbyggda av aminosyror. Varje protein har en unik ordning på dessa aminosyror, vilka bestämmer proteinets egenskaper. För att ett protein ska fungera är det inte bara nödvändigt med rätt aminosyror, utan proteinets tre-dimensionella struktur, dvs hur dessa aminosyror är... (More)
Popular Abstract in Swedish

Populärvetenskaplig sammanfattning på svenska

Denna avhandling handlar om kalretikulin (engelska: calreticulin; CRT), ett protein som bidrar till att andra protein får rätt struktur och som också är inblandat i en kvalitetskontroll av dessa. CRT ser också till att kalciumbalansen i cellen upprätthålls. Hur går detta då till och hur bidrar denna avhandling till att öka kunskapen om CRT?



Alla protein är uppbyggda av aminosyror. Varje protein har en unik ordning på dessa aminosyror, vilka bestämmer proteinets egenskaper. För att ett protein ska fungera är det inte bara nödvändigt med rätt aminosyror, utan proteinets tre-dimensionella struktur, dvs hur dessa aminosyror är veckade, måste också vara korrekt. Denna tre-dimensionella struktur är oftast så komplicerad att proteinet behöver hjälp att få rätt form. Vissa andra proteiner har som uppgift att hjälpa till med just detta och de proteinerna kallas chaperoner. Proteinet CRT är en sådan chaperon.



Proteiner som ska sitta i cellens olika membran eller utsöndras från cellen brukar tillverkas så att de hamnar i ett speciellt membransystem i cellen, det endoplasmatiskt nätverket (ER). Miljön i ER är anpassad så att dessa proteiner ska kunna mogna på rätt sätt, till exempel veckas, få olika kolhydrater adderade mm. Det är också här som kvalitetskontrollen av proteinerna sker. De som inte är rätt veckade kan inte lämna ER, utan bryts ner istället. CRT är ett av proteinerna involverat i denna kvalitetskontroll i ER.



Mycket av kommunikationen i celler sker genom tillfälliga och lokala höjningar av kalcium. Koncentrationen av kalcium fritt i cellen är därför normalt mycket låg, så att dessa skiftningar kan registreras. När kalcium inte används för kommunikation lagras det bland annat i ER. CRT har kapacitet att binda en stor mängd kalcium, vilket är viktigt för att ER ska kunna lagra kalcium.



Det mesta man vet om CRT är hämtat från studier i olika djursystem, däremot finns det mest sporadiska bevis att CRT har dessa funktioner i växter. I många växtbiologers favoritväxt, Arabidopsis, finns det tre olika varianter av CRT. Vi har upptäckt att två av dessa, CRT1a och CRT1b, har samma evolutionära ursprung, medan den tredje varianten, CRT3, har ett annat. CRT1a och CRT1b har dessutom liknande uttrycksprofiler, med avseende på i vilken del av och hur mycket det finns i växten, medan CRT3 har en annan uttrycksprofil.



I denna avhandling har vi tittat närmare på när och var de olika CRT formerna uttrycks i Arabidopsis. Detta har vi gjort på olika nivåer, i olika delar, till exempel blad eller blomma, olika typer av celler, som rotmösseceller eller vattentransporterande celler, och vi har tittat på olika delar i varje enskild cell, såsom cellväggar och ER. Vi har kommit fram till att CRT1a och CRT1b bara har delvis överlappande lokalisering på cellulär nivå, även om uttrycket är liknande på vävnadsnivå.



Vi har också visat att CRT1a fungerar som en chaperon. Detta har vi gjort genom att ta genen som kodar för proteinet CRT1a, och föra in den i musceller där mus-CRT har tagits bort. Vi har visat att CRT1a från Arabidopsis kan återställa de funktioner som muscellerna har förlorat genom att man tagit bort mus-CRT, det vill säga Arabidopsis CRT har en liknande funktion som mus-CRT, som man sedan tidigare vet fungerar som en chaperon.



Ett sätt att studera CRTs funktion i Arabidopsis är att använda mutanter av Arabidopsis där man tagit bort genen för antingen CRT1a eller för CRT1b. Vi har sett att om man tar bort CRT1a så blir växten känsligare för vissa typer av stress, medan om CRT1b saknas så växer plantan långsammare. Vi har också sett att dessa mutanter producerar färre frön än vildtyp-Arabidopsis, och detta gäller både för mutanter för crt1a och crt1b. Sammanfattningsvis kan man dra slutsatsen att dessa två gener har olika funktioner i tillväxten men liknande funktioner i fröbilding. (Less)
Abstract
Calreticulin (CRT) is an endoplasmic reticulum (ER)-located protein involved in quality control of newly synthesized proteins as well as in calcium homeostasis of the cell. Most of what is known about CRT arises from studies of mammalian systems. However, using a Arabidopsis thaliana CRT gene expressed in mouse fibroblasts deficient of endogenous CRT, the wild type phenotype could be rescued with respect to protein folding and calcium homeostasis, suggesting conserved functions of CRT in plants. Phylogenetic analysis of higher plant CRTs divides CRTs into two groups. In Arabidopsis, there are three CRT isoforms, CRT1a and CRT1b, belonging to one group, and CRT3, belonging to the other group. CRT1a and CRT1b genes exhibited similar... (More)
Calreticulin (CRT) is an endoplasmic reticulum (ER)-located protein involved in quality control of newly synthesized proteins as well as in calcium homeostasis of the cell. Most of what is known about CRT arises from studies of mammalian systems. However, using a Arabidopsis thaliana CRT gene expressed in mouse fibroblasts deficient of endogenous CRT, the wild type phenotype could be rescued with respect to protein folding and calcium homeostasis, suggesting conserved functions of CRT in plants. Phylogenetic analysis of higher plant CRTs divides CRTs into two groups. In Arabidopsis, there are three CRT isoforms, CRT1a and CRT1b, belonging to one group, and CRT3, belonging to the other group. CRT1a and CRT1b genes exhibited similar expression patterns. They were expressed in all tissues investigated, but mainly expressed in different flower parts and in roots. Localization studies using isoform specific antibodies, however, revealed that the protein CRT1a was present throughout the tissue in Arabidopsis root tips, while CRT1b only was present in the root cap, epidermal cells, and in the protoxylem cells. Mutation studies further revealed that if the CRT1a gene was silenced, the plant only exhibited a conditional tunicamycin stress-induced phenotype, while a crt1b mutant was significantly smaller compared to the wild type even without stress exposure, indicating different functions of the two isoforms in plant development. With regard to seed production, however, both mutants produced fewer seeds compared to the wild type. The function of the CRT3 isoform is still unknown, although the CRT3 gene exhibited a different expression pattern compared to CRT1a and CRT1b. Preliminary data indicate that CRT3 cannot complement for CRT1a and CRT1b, supporting that they indeed play different cellular roles. Taken together, it is here shown that overlapping as well as specific functions characterize the different CRT isoforms in Arabidopsis. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
supervisor
opponent
  • Dr Navazio, Lorella, Dept of Biology, University of Padova, Italy
organization
publishing date
type
Thesis
publication status
published
subject
keywords
arabidopsis thaliana, calcium, isoform, endoplasmic reticulum, chaperone, tunicamycin
pages
120 pages
publisher
Department of Cell and Organism Biology, Lund University
defense location
Lecture Hall, Biology Building, Sölveg 35
defense date
2007-12-14 09:30
ISBN
978-91-85067-36-7
language
English
LU publication?
yes
id
022c4fda-cd78-425d-af5c-73ebb7790bb8 (old id 598365)
date added to LUP
2007-11-19 12:00:55
date last changed
2016-09-19 08:45:13
@misc{022c4fda-cd78-425d-af5c-73ebb7790bb8,
  abstract     = {Calreticulin (CRT) is an endoplasmic reticulum (ER)-located protein involved in quality control of newly synthesized proteins as well as in calcium homeostasis of the cell. Most of what is known about CRT arises from studies of mammalian systems. However, using a Arabidopsis thaliana CRT gene expressed in mouse fibroblasts deficient of endogenous CRT, the wild type phenotype could be rescued with respect to protein folding and calcium homeostasis, suggesting conserved functions of CRT in plants. Phylogenetic analysis of higher plant CRTs divides CRTs into two groups. In Arabidopsis, there are three CRT isoforms, CRT1a and CRT1b, belonging to one group, and CRT3, belonging to the other group. CRT1a and CRT1b genes exhibited similar expression patterns. They were expressed in all tissues investigated, but mainly expressed in different flower parts and in roots. Localization studies using isoform specific antibodies, however, revealed that the protein CRT1a was present throughout the tissue in Arabidopsis root tips, while CRT1b only was present in the root cap, epidermal cells, and in the protoxylem cells. Mutation studies further revealed that if the CRT1a gene was silenced, the plant only exhibited a conditional tunicamycin stress-induced phenotype, while a crt1b mutant was significantly smaller compared to the wild type even without stress exposure, indicating different functions of the two isoforms in plant development. With regard to seed production, however, both mutants produced fewer seeds compared to the wild type. The function of the CRT3 isoform is still unknown, although the CRT3 gene exhibited a different expression pattern compared to CRT1a and CRT1b. Preliminary data indicate that CRT3 cannot complement for CRT1a and CRT1b, supporting that they indeed play different cellular roles. Taken together, it is here shown that overlapping as well as specific functions characterize the different CRT isoforms in Arabidopsis.},
  author       = {Svensson, Karin},
  isbn         = {978-91-85067-36-7},
  keyword      = {arabidopsis thaliana,calcium,isoform,endoplasmic reticulum,chaperone,tunicamycin},
  language     = {eng},
  pages        = {120},
  publisher    = {ARRAY(0xad7c4e0)},
  title        = {Plant Calreticulins - isoforms, localization and function},
  year         = {2007},
}