A foszfatidilglicerol szerepe fotoszintetikus membránok szerkezetének kialakításában
Title in English
The essential role of phosphatidylglycerol in the formation of photosynthetic membrane structure
Keywords in Hungarian
Anionos lipid, fotoszintetikus membrán, PS I aktivitás, PS II funkció, PG eloszlása a membránokban
Keywords in English
Anionic lipid, photosynthetic membrane, PS I activity, PS II function, PG distribution in membranes
Discipline
Cell biology and molecular transport mechanisms (Council of Medical and Biological Sciences)
100 %
Panel
Genetics, Genomics, Bioinformatics and Systems Biology
Department or equivalent
Institute of Plant Biology (HUN-REN Biological Research Centre Szeged)
Participants
Bagyinka, Csaba Bogos, Balázs Debreczeny, Mónika Kis, Mihály Racskóné Domonkos, Ildikó Szalontai, Balázs Ughy, Bettina
Starting date
2006-02-01
Closing date
2010-01-31
Funding (in million HUF)
18.000
FTE (full time equivalent)
9.10
state
closed project
Summary in Hungarian
A fehérje lipid kölcsönhatások fontos szerepet játszanak az élő szervezetekben. A korábbi évek kutatómunkájának eredményeként igazoltuk azt, hogy fotoszintetizáló szervezetekben a negatív töltéssel rendelkező lipidek közül a foszfatidilglicerol (PG) jelentős szerepet tölt be. Transzformálható cianobaktérium törzseket választva modellként, kialakítottunk egy kísérleti rendszert, melyben a PG mennyiségét a membránokban széles határok között változtathatjuk. Tervezzük egy mezofil és egy termofil cianobaktérium törzs transzformálását inaktivált pgsA és cdsA génekkel. Az így kapott transzformánsokon vizsgáljuk: 1. Strukturálisan a. a fotoszintetikus reakciócentrum oligomerek felépülését b. a PG molekulák membránokban való eloszlását c. a PG tartalom szerepét a membránszerkezet kialakulásában 2. Funkcionálisan a. a fotokémiai rendszerek aktivitásának a PG tartalomtól függő változását b. az oxidatív elektrontranszport aktivitásának PG függését. A sejtekhez adott mesterséges PG molekulákkal vizsgálnánk az eltérő deszaturáltságú PG molekulák strukturális és funkcionális jelentőségét. Tervezzük egy olyan génkonstrukció kialakítását, mellyel lehetővé válna a sejt PG szintjének manipulálása. Ez kiküszöbölné a PG-felvétel anomáliáit. A mutánsok felhasználásával biztosított lenne a PG szerepének felderítése egy fotoszintetizáló szervezet membránjában. Strukturálisan egy értékes rendszerünk lenne, mellyel modellezhetnénk a kloroplasztiszok kialakulását.
Summary
Recently it has been demonstrated that the anionic lipids play an essential role in the formation of structural background for the functionality and the assemblies of photosynthetic reaction centers (RC). We planed to construct new mutants of cyanobacteria. Up to now we produced cdsA and pgsA mutants of Synechocystis PCC6803, which are unable to synthetize phosphatidylglycerol (PG). We are to construct the same mutants for Synechococcus PCC7942 and Thermosynechococcus strains to demonstrate the differences in oligomer formation of RCs between a mesophylic and a thermophylic strains. With the cdsA and pgsA mutants we are able to investigate the role of PG also in oxidative electron transport, cell elongation and division. Using these mutants we are to characterize specific PG binding proteins and domains in the photosynthetic membranes. The PG deficiency induces stress susceptibility to temperature and light stresses. We are to understand its biochemical background. Characterization of the carotenoid content of the cells may leed us to find a regulation, which can provide us an explanation for an alternative protection mechanism against these stresses.
Final report
Results in Hungarian
A negatív töltéssel rendelkező lipidek közül a foszfatidilglicerol (PG) jelentős szerepet tölt be. 1. Létrehoztuk egy FG szintézisben gátolt Synechocytis PCC6803 mutánst melyben megnéztük a CP43 kapcsolódását a kettes fotokémiai rendszer reakció centrumához. Ezt a mutánst egy, a fénybegyűjtő rendszer nélküli mutánssal hoztuk létre, a cdsA gén inaktiválásával. Megállapítottuk, hogy az FG kiürülés hatására a CP43 fehérje bekötődése gátolt. Megállapítottuk, hogy az FG kiürülés csökkenti a cianobaktérium sejtek oxigénfejlesztő képességét. 2. Megállapítottuk, hogy az FG kiürülés megváltoztatja a fotoszintetikus membrán felszíni töltését. 3. Az FG molekulák hatására bekövetkező fotoszintetikus aktivitást a reakció centrumok megváltozása okozza. A reakció centrumok fényérzékennyé vállnak. Ez ellen a sejtek megnövekedett karotin tartalommal védekeznek. A myxoxantin és az echinenon mennyisége nő meg. 4. A Syenechococcus PCC PCC7942 cdsA mutáns létrehozásával igazoltuk, hogy az FG molekulák szerepe a fotoszintetikus szervezetekben általánosítható. Megállapítottuk, hogy az FG kiürülés a különböző törzseken különböző mértékben hat. 5 Az FG molekulák kiürülésének hatására bekövetkező stressz elleni protekció a karotinoid molekulák megjelenése fotoszintetikus reakció centrumokbanmellett megfigyeltük azt is, hogy az FG molekulák zsírsav összetétele megváltozik. A molekulák átalakulását tömegspektometriásan igazoltuk. Az eredményeinket egy áttekintő cikkünkben foglaltuk össze.
Results in English
Among the negatively charged lipids phosphatidylglycerol (PG) plays an important role. We used transformable cyanobacterial strains.1n We used a Phycobilisome-less mutant of Synechocytis PCC6803 was transformed with inactivated cdsA and the synthesis of PG was blocked. Binding of CP43 to the reaction center complex was investigated. The oxygen evolving activity of mutant was reduced. 2. The PG-depletion affected the surface charge of membranes. 3. PG-depletion induced sensitivity of cells which was compensated by elevated carotenoid content, mainly myxoxanthophyll and echinenone. 4. We generated Syenechococcus PCC PCC7942 cdsA mutant with which we could generalize the importance of PG in photosynthetic organizms. However, we could observe slight differencein different mutant. 5. Westudied PG remodeling by mas spectrometry.
Gombos, Z., Toth, S., Laczko-Dobos, H., Ughy, B.: Involvement of phosphatidylglycerol in the assembly and function of photosystem II, PHOTOSYNTHESIS RESEARCH 91: 141-141, 2007
Soitchkova, K, Zsiros, O, Javorfi, T, Pali, T, Andreeva, Atanaska, Gombos, Z, Garab, G: Heat- and light-induced reorganizations in the phycobilisome antenna of Synechocystis sp PCC 6803. Thermo-optic effect, BIOCHIMICA ET BIOPHYSICA ACTA-BIOENERGETICS 1767: 750-756, 2007
Domonkos I, Malec P, Laczko-Dobos H, Sozer O, Klodawska K, Wada H, Strzalka K, Gombos Z: Phosphatidylglycerol depletion induces an increase in myxoxanthophyll biosynthetic activity in Synechocystis PCC6803 cells., Plant Cell Physiol. 50(2): 1–9 (2009), 2009
Domonkos I, Laczkó-Dobos H, Gombos Z: Lipid-assisted protein-protein interactions that support photosynthetic and other cellular activities., Prog Lipid Res. 2008 Nov;47(6):422-35. Epub 2008 Jun 13., 2008
Laczkó-Dobos H, Ughy B, Tóth SZ, Komenda J, Zsiros O, Domonkos I, Párducz A, Bogos B, Komura M, Itoh S, Gombos Z: Role of phosphatidylglycerol in the function and assembly of Photosystem II reaction center, studied in a cdsA-inactivated PAL mutant strain of Synechocystis sp. PCC6803, Biochim Biophys Acta. 2008 Sep;1777(9):1184-94. Epub 2008 Jun 10., 2008
Apostolova EL, Domonkos I, Dobrikova AG, Sallai A, Bogos B, Wada H, Gombos Z, Taneva SG.: Effect of phosphatidylglycerol depletion on the surface electric properties and the fluorescence emission of thylakoid membranes, J Photochem Photobiol B. 2008 Apr 25;91(1):51-7. Epub 2008 Feb 12, 2008
Laczko-Dobos H, Fryčák P, Ughy B, Domonkos I, Wada H, Prokai L, Gombos Z.: Remodeling of phosphatidylglycerol in Synechocystis PCC6803., Biochim Biophys Acta. 2010 Feb;1801(2):163-170. Epub 2009 Oct 24., 2010
Bogos B, Ughy B, Domonkos I, Laczkó-Dobos H, Komenda J, Abasova L, Cser K, Vass I, Sallai A, Wada H, Gombos Z.: Phosphatidylglycerol depletion affects photosystem II activity in Synechococcus sp. PCC 7942 cells., Photosynth Res. 2010 Jan;103(1):19-30. Epub 2009 Sep 18., 2010
Bogos B, Ughy B, Domonkos I, Laczkó-Dobos H, Komenda J, Abasova L, Cser K, Vass I, Sallai A, Wada H, Gombos Z.: THE ROLE OF ANIONIC LIPIDS IN LHCII ORGANIZATION AND IN PHOTOINHIBITION OF PHOTOSYNTHETIC APPARATUS, COMPTES RENDUS DE L ACADEMIE BULGARE DES SCIENCES 62 8: 941-948, 2009
