Die Bedeutung von Alb4 in der Biogenese der Chloroplasten

Mitglieder der evolutionär konservierten Oxa-Proteinfamilie wirken
an der korrekten Insertion von integralen Membranproteinen in
Bakterien, Mitochondrien und Chloroplasten mit. In den sehr
proteinreichen Thylakoidmembranen der Chloroplasten höherer
Pflanzen spielt das Oxa-Homolog Alb3 eine essentielle Rolle bei der
Integration von LHC-Proteinen und weiteren Komponenten des
Photosynthese-Apparates. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein weiteres
Protein aus Arabidopsis identifiziert und als neues Mitglied der
Oxa-Proteinfamilie beschrieben. Die experimentell gestützte
Annotation zeigt, dass das Alb4-Protein eine zentrale
60KD_IMP-Domäne besitzt, welche für die Oxa-Proteine
charakteristisch ist. Die Zugehörigkeit zur Oxa-Proteinfamilie
konnte funktionell durch die Komplementation einer
Hefe-oxa1-Mutante bestätigt werden. Immunologische und
fluoreszenzmikroskopische Untersuchungen konnten weiterhin zeigen,
dass es sich bei Alb4 um ein chloroplastidäres Protein handelt,
welches als integrales Membranprotein in den Thylakoiden
lokalisiert ist. Durch die Analyse von T-DNA-Insertions- und
RNAi-Linien konnte gezeigt werden, dass eine Reduktion des
Alb4-Gehaltes zu vergrößerten und nicht länger linsenförmigen
Chloroplasten führt, in denen die Thylakoidmembranen aufgelockerter
erscheinen. Ein Verlust der Lebensfähigkeit konnte jedoch nicht
beobachtet werden, selbst wenn der Alb4-Gehalt in den Chloroplasten
der Pflanzen um mehr als 90% reduziert war. Im Vergleich zu
Cyanobakterien besitzt die Thylakoidmembran von Arabidopsis mit
Alb4 und Alb3 gleich zwei Oxa-Homologe. Möglicherweise ist nach der
Umwandlung des cyanobakteriellen Endosymbionten zu einem
eukaryotischen Organell diese Duplizierung nötig geworden, um
sowohl die Ausbildung als auch den Erhalt der Thylakoidstruktur zu
gewährleisten. Zusätzlich zur Identifizierung von Alb4 konnte durch
Transkript-Analysen desweiteren gezeigt werden, dass auch der
N-Terminale Teil des ehemaligen Genmodells F21J9.13 (Artemis, nun
Alb4 und RWK1) für ein eigenständiges Gen kodiert. Das abgeleitete
Protein aus dem N-terminalen Teil, RWK1, ähnelt dem Rezeptor-Teil
von pflanzlichen Rezeptor-Kinasen, eine entsprechende Kinase-Domäne
fehlt jedoch vollständig. RWK1 kommt in zwei Spleißvarianten vor,
der für die meisten eukaryotischen mRNAs typische polyA-Schwanz
fehlt jedoch beiden Varianten. RWK1 könnte als neuartiger Rezeptor
ein weiteres Glied in der internen Kommunikationskette der Zelle
bilden.