Ignicoccus und Nanoarchaeum: 3D-Struktur und Proteom

Dokumentenart:	Hochschulschrift der Universität Regensburg (Dissertation)
Open Access Art:	Primärpublikation
Datum:	23 Oktober 2014
Begutachter (Erstgutachter):	apl. Prof. Dr Reinhard Rachel
Tag der Prüfung:	22 Juli 2014
Institutionen:	Biologie und Vorklinische Medizin > Institut für Biochemie, Genetik und Mikrobiologie > Lehrstuhl für Mikrobiologie (Archaeenzentrum) > Prof. Dr. Reinhard Rachel
Stichwörter / Keywords:	Archaeum, 3D-Struktur, Proteom
Dewey-Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik > 570 Biowissenschaften, Biologie
Status:	Veröffentlicht
Begutachtet:	Ja, diese Version wurde begutachtet
An der Universität Regensburg entstanden:	Ja
Dokumenten-ID:	30468

Zusammenfassung (Deutsch)

Die ungewöhnliche Ultrastruktur sowie die interarchaeelle Beziehung von Ignicoccus hospitalis und Nanoarchaeum geben nach wie vor Rätsel auf. In dieser Arbeit wurden Zellen mit FIB/SEM und Elektronentomographie in 3D visualisiert und analysiert. In den FIB/SEM Analysen zeigte Ignicoccus ein komplexes endogenes Membransystem zusätzlich zu einer äußeren Membran. Dieses System besteht aus ...

Zusammenfassung (Deutsch)

Die ungewöhnliche Ultrastruktur sowie die interarchaeelle Beziehung von Ignicoccus hospitalis und Nanoarchaeum geben nach wie vor Rätsel auf. In dieser Arbeit wurden Zellen mit FIB/SEM und Elektronentomographie in 3D visualisiert und analysiert. In den FIB/SEM Analysen zeigte Ignicoccus ein komplexes endogenes Membransystem zusätzlich zu einer äußeren Membran. Dieses System besteht aus röhrenförmigen Ausbuchtungen des Cytoplasmas und sehr wenigen „freien Vesikeln“. Die Zellen sind daher kompartimentiert, aber auch polarisiert. Die Beziehung der einzelnen Kompartimente zueinander wurde umfangreich diskutiert, auch unter dem Aspekt von Ähnlichkeiten zum eukaryotischen endogenen Membransystem. Zusätzlich wurden potentielle Polyphosphatspeicher im Cytoplasma charakterisiert. Die Elektronentomographie Daten zeigten durch ihre hohe Auflösung zusätzliche strukturelle Besonderheiten: eine umfangreiche Matrix aus Filamenten im ‚Inter-membrane compartment‘, ringförmige Strukturen als Mittler zwischen der inneren und äußeren Membran und eine Fusion der Cytoplasmen, wenn Nanoarchaeum an Ignicoccus anheftet. Weiterhin wurden in weitreichenden Proteomanalysen ca. 80% der vorhergesagten Proteine für Ignicoccus gefunden und 85% für Nanoarchaeum. In den Transkriptomanalysen war der Abdeckungswert sogar ca. 97% und beweist so die Hypothese eines ‚streamlined genomes‘ in Ignicoccus. Vergleichende Studien zeigten nur geringen Einfluss von Nanoarchaeum auf Ignicoccus (sowohl auf Protein- als auch mRNA-Ebene). Tendenziell wurden Energiemetabolismus und CO2-Fixierung hochreguliert, während Transkription und Zellteilung reprimiert wurden. Letzlich wurden verschiedene Proteine (vor allem Homologe des eukaryotischen Vesikeltransportsystems) in Ignicoccus lokalisiert. Anhand der Ergebnisse werden Spekulationen über mögliche Funktionen diskutiert.

Übersetzung der Zusammenfassung (Englisch)

The unusual ultrastructure and the interarchaeal relationship between Ignicoccus hospitalis and Nanoarchaeum equitans are still enigmatic. Ignicoccus and Nanoarchaeum cells were visualized in 3D using FIB/SEM and Electron Tomography analysis. In FIB/SEM analysis cells of Ignicoccus exhibited a complex endogenous membrane system beside an outer membrane. This system consists of tube-like ...

Übersetzung der Zusammenfassung (Englisch)

The unusual ultrastructure and the interarchaeal relationship between Ignicoccus hospitalis and Nanoarchaeum equitans are still enigmatic. Ignicoccus and Nanoarchaeum cells were visualized in 3D using FIB/SEM and Electron Tomography analysis. In FIB/SEM analysis cells of Ignicoccus exhibited a complex endogenous membrane system beside an outer membrane. This system consists of tube-like cytoplasmic protrusions and very few “free vesicles”. Thus cells are compartmentalized but also polarized. The relation of the different compartments to each other is discussed comprehensively, also with respect to similarities to the eukaryotic endogenous system. Additionally, putative polyphosphate storages were characterized in the cytoplasm. Electron tomography data was of high resolution and showed additional features of the cells: a comprehensive filamentous matrix in the inter-membrane compartment, ring-shaped structures as mediators between the inner and outer membrane, and a fusion of cytoplasms when Nanoarchaeum is attached to Ignicoccus. Furthermore, in ample proteomic analysis around 80% of predicted proteins were found for Ignicoccus and 85% for Nanoarchaeum. Transcriptomics even showed 97% coverage, thus proving a hypothesized streamlined genome organization for Ignicoccus. Comparative analysis only showed little influence of Nanoarchaeum to Ignicoccus (on both, protein and mRNA level). By trend, this is expression of enzymes of energy metabolism and CO2 fixation and repression of enzymes of cell division and transcription. Finally, several proteins (primarily homologues of the eukaryotic vesicle transportation system) were localized in Ignicoccus. Based on these results, speculations about their putative functions in Ignicoccus are discussed.

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