Plant Phosphoinositide Kinases. A Study of PtdIns 4-kinases and a PtdIns 4-phosphate 5-kinase.

Abstract

Phosphoinositides are of particular interest in signal transduction processes as they can be sequentially phosphorylated and used as precursors for the intracellular messengers inositol trisphosphate (InsP3) and diacylglycerol (DAG) that in turn affects calcium levels and protein kinase cascades, eventually leading to a physiological response. The activity and regulation of PtdIns 4-kinases and PtdInsP kinase was studied. Two distinct PtdIns 4-kinase activities were detected in spinach plasma membranes. They differed in size and response to metal ions. The larger one (120 kDa) has striking similarities to PtdIns 4-kinase from Arabidopsis thaliana. The smaller one (65 kDa) is so far unique. The PtdInsP kinase from A. thaliana, AtPIP5K1p, was shown to be regulated by phosphorylation in vitro, which represents the first indication of regulation of plant PtdIns metabolism by phosphorylation-dephosphorylation. Further characterisation of this enzyme, which is responsible for increased turnover of PtdIns(4,5)P2, revealed dual substrate specificity. It catalyses the formation of both PtdIns(4,5)P2 and PtdIns(3,4)P2 from PtdIns4P and PtdIns3P, respectively.



Drought and salinity are among the most usual and hence significant of the stresses a plant must endure in nature and these stress factors are therefore also the most detrimental for crop yields. Phospholipids in suspension cultured A. thaliana cells were identified and characterised. Pulse-radiolabelling experiments revealed a dramatic turnover of several phospholipids including PtdIns(4,5)P2 diacylglycerolpyrophosphate and phosphatidylcholine in response to salinity and osmotic shock. Diacylglycerolpyrophosphate and phosphatidylcholine turnover in response to sorbitol as an osmotic agent, was much less dramatic than their response to salt. PtdIns(4,5)P2 turnover, on the other hand, was highly increased for both sorbitol and salt, indicating that plant cells can discern different osmotic stresses.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

För att överleva måste alla levande varelser kunna anpassa sig till omgivningen.Detta innebär i sin tur att allt levande måste kunna uppfatta sin omgivning och reagera på dessa intryck.Den minsta byggstenen för allt levande är den enskilda cellen.Alla celler känner av sin omgivning och har möjlighet att reagera på ändrade livsbetingelser.Celler är utrustade med ett antennsystem för mottagning av signaler,s.k.receptorer.Dessa tar emot signaler i form av hormoner,patogener,eller fysiologiska faktorer,som t.ex.kyla och salt. Signalerna leds vidare in i cellen och ger upphov till en fysiologisk förändring.I den här avhandlingen diskuteras en av de kanaler som signaler utnytjar för att ge en förändring. Celler begränsas av ett tunt membran,det s.k.plasmamembranet,som består av ett dubbellager av lipider med integrerade proteiner.Vissa av dessa lipider fungerar inte bara som en skiljevägg mellan utsidan och insidan utan har också cellreglerande funktioner. En av dessa lipidfamiljer är fosfoinositider.Det som särskiljer dessa från andra fosfolipider är att de kan fosforyleras på flera ställen och ge upphov till en familj av möjliga intracellulära signalmolekyler.I den första artikeln undersöker vi plasmamembranet från spenatbladsceller.Vi finner att det finns två olika kinas-aktiviteter,d.v.s.proteiner som flyttar fosfatgrupper från cellens energibärare ATP till andra proteiner eller ,i vårt fall, lipider.De skilde sig åt i storlek och hur de reagerade på vissa metalljoner.Med tanke på den mångfald av signaler som når cellen är det troligt att det finns olika pooler av fosfoinositider som reagerar på olika stimulanser. Två av de vanligaste och därför mest betydelsefulla miljöfaktorer som påverkar en växt är torka och salt vilka bägge leder till osmotisk stress.I den andra artikeln ville vi undersöka hur lipider hos växtceller reagerar för sådan stress.Vi odlade backtrav (Arabidopsis thaliana ) som enskilda celler i suspensionslösning,och utsatte dem för hyperosmotisk shock.Vi fann att omsättningen för en typ av fosfoinositid,fosfatidylinositolbisfosfat (PtdIns(4,5)P 2 ) ökade markant efter tillsats av koksalt eller sorbitol.Även andra fosfolipider ökade sin omsättning,fast i dessa fallen mer då salt tillsattes än när sorbitol tillsattes.Detta visar på en roll för PtdIns(4,5)P 2 vid osmotisk reglering och anpassning till torka och sälta.I den tredje artikeln undersöker vi vilka fosfoinositider som ett fosfoinositidkinas (AtPIP5Kp)från backtrav kan framställa.Vi såg att inte bara kunde den producera PtdIns(4,5)P 2 utan även PtdIns(3,4)P 2 .Vi undersökte även hur aktiviteten för AtPIP5Kp regleras och kunde konstatera att fosforylering av AtPIP5Kp nedreglerade dess aktivitet. Om vi tog bort fosforyleringen återfick vi ursprunglig aktivitet.Detta visades sig vara fallet även för ett annat fosfoinositidkinas (AtPI4Kp).Det är givetvis viktigt att nivåer av alla signalsubstanser regleras noga och vi visar här att fosforylering kan vara ett sätt att reglera fosfoinositidkinaser.Det är min förhoppning att fortsatta studier ska leda till större förståelse för hur växtceller kan uppfatta och reagera på omgivningens skiftande krav.

• author: Westergren, Tomas
• supervisor: [unknown] [unknown]
• opponent: Stenmark, Harald
• organization: Division of Microbiology, Immunology and Glycobiology - MIG
• publishing date: 2001
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Biological Sciences
• keywords: regulation, plant phosphorylation, plasma membrane, lipid kinase, divalent ion, phosphoinositide, substrate specificity, Plant biochemistry, Växtbiokemi
• pages: 90 pages
• defense location: Kemicentrum sal K:F Getingevägen 60
• defense date: 2001-01-28 10:15:00
• ISBN: 91-973969-0-7
• language: English
• LU publication?: yes
• additional info: Article: Phosphatidylinositol 4-kinase associated with spinach plasma membranes. Isolation and characterization of two distinct forms. Article: Salinity and hyperosmotic stress induces rapid increases in phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate diacylglycerol pyrophosphate and phosphatidylcholine in Arabidopsis thaliana cells. Article: AtPIP5K1, an Arabidopsis thalianaphosphatidylinositol phosphate kinase, synthesizes PtdIns(3,4)P2 and PtdIns/4,5)P2 in vitro and is inhibited by phosphorylation.
• id: 7a9cceb1-d6f5-4468-b4e5-64cd439428a6 (old id 42128)
• date added to LUP: 2016-04-04 10:33:40
• date last changed: 2018-11-21 20:59:28