Lil3 assembles as chlorophyll-binding protein complex during deetiolation

AbstractDark-grown angiosperm seedlings are etiolated and devoid of chlorophyll. Deetiolation is triggered by light leading to chlorophyll dependent accumulation of the photosynthetic machinery. The transfer of chlorophyll to the chlorophyll-binding proteins is still unclear. We demonstrate here that upon illumination of dark-grown barley seedlings, two new pigment-binding protein complexes are de novo accumulated. Pigments bound to both complexes are identified as chlorophyll a and protochlorophyll a. By auto-fluorescence tracking and mass spectrometry, we show that exclusively Lil3 is the pigment-binding complex subunit in both complexes

The proteome of the heterocyst cell wall in Anabaena sp. PCC 7120

Anabaena sp. PCC 7120 is a filamentous cyanobacterium that serves as a model to analyze prokaryotic cell differentiation, evolutionary development of plastids, and the regulation of nitrogen fixation. The cell wall is the cellular structure in contact with the surrounding medium. To understand the dynamics of the cell wall proteome during cell differentiation, the cell wall from Anabaena heterocysts was enriched and analyzed. In line with the recently proposed continuity of the outer membrane along the Anabaena filament, most of the proteins identified in the heterocyst cell-wall fraction are also present in the cell wall of vegetative cells, even though the lipid content of both membranes is different

Analyse membranständiger Subproteome aus Etioplasten und Chloroplasten der Gerste (Hordeum vulgare L.)

Etioplasten sind hochspezialisierte pflanzliche Organelle der Plastidenfamilie, die während der Skotomorphogenese von Pflanzen gebildet werden. Die Morphologie der Etioplasten unterscheidet sich grundlegend von Chloroplasten, die während der Photomorphogenese gebildet werden. Durch Belichtung von Pflanzen, die im Dunkeln angezogen worden sind, kommt es zur Induktion der Transformation von Etioplasten zu Chloroplasten. Die unmittelbar vor Induktion des biologischen Systems bestehende Zusammensetzung der Proteine und Proteinkomplexe des Etioplasten ist allerdings bislang kaum untersucht worden. Im Rahmen dieser Arbeit erfolgten mehrere spezifische Analysen von plastidären Subproteomen. Ausgewählte Subproteome der inneren Membranen von Etioplasten der Gerste wurden im Vergleich zum Proteom der Thylakoidmembran von Chloroplasten analysiert. Durch die Kombination verschiedener gelelektrophoretischer Trennmethoden für Einzelproteine und Proteinkomplexe mit massenspektrometrischen Analysemethoden gelangen sensitivste Nachweise niedrig konzentrierter Untereinheiten von Membranproteinkomplexen. Darüber hinaus gelangen der Nachweis niedermolekularer membranintegraler Proteine und die spezifische Charakterisierung von Einzelproteinen. Im ersten Teil der Arbeit wurden die N-Termini von NADPH:Protochlorophyllid-Oxidoreduktase (POR) A und B durch ein LC-MS basiertes Verfahren bestimmt. Es erfolgte die Entwicklung einer Methode zur selektiven Isolation N-terminaler Peptide mittels Höchstdruckflüssigkeitschromatographie (UPLC). Dazu wurden zwei chemische Reaktionsschritte auf Protein- und Peptidebene durchgeführt, wodurch das N-terminale Peptid nach einem tryptischen Verdau ausschließlich acetyliert vorlag und interne Peptide durch eine weitere Modifikation mit 2,4,6-Trinitrobenzolsulfonsäure abgetrennt wurden. Dadurch konnte gezeigt werden, dass die N-Termini von PORA und PORB homolog zueinander sind und eine vergleichbare Erkennungssequenz für die prozessierende(n) Protease(n) vorliegt. Das Transitpeptid von PORA ist somit deutlich kürzer, als bislang vermutet, wodurch neue Rückschlüsse bezüglich einer möglichen Bindestelle von Protochlorophyllid gezogen werden konnten, da eine von Reinbothe et al. 2008 beschriebene Bindestelle nicht im Bereich des Transitpeptids, sondern in Bereich der maturen PORA liegt. Bei PORB konnten neben einem dominierenden N-terminalen Peptid zwei weitere um jeweils ein Alanin verkürzte N-terminale Peptide mit geringerer Signalintensität nachgewiesen werden. Dies deutet auf eine unpräzise N-terminale Prozessierung hin. Im zweiten Teil der Arbeit gelang die bislang umfassendste massenspektrometrische Charakterisierung des NAD(P)H-Dehydrogenase-Komplexes aus einer C3-Pflanze. In Etioplasten konnten sechs plastidär kodierte und mindestens fünf kernkodierte Untereinheiten des NDH-Komplexes identifiziert werden. Dies gelang durch die Isolation des Komplexes mittels nativer PAGE als 1. Dimension und die anschließende Aufkonzentrierung der Untereinheiten in einer SDS-PAGE als konzentrierende 2. Dimension. Dadurch konnte gezeigt werden, dass der NDH-Komplex bereits in Etioplasten neben dem membranintegralen Subkomplex aus mindestens zwei löslichen Subkomplexen aufgebaut ist. Aufgrund dieser umfangreichen Assemblierung ist eine physiologische Funktion wahrscheinlich und erste Versuche zur NAD(P)H-Dehydrogenase Aktivität lieferten Hinweise auf eine mögliche enzymatische Aktivität. Im dritten Teil der Arbeit gelang in Etioplasten erstmals der Nachweis aller bekannten membranintegralen, niedermolekularen Untereinheiten von Photosystem II, nicht aber von Photosystem I. Die Untereinheiten von PSI konnten ausschließlich in Chloroplasten nachgewiesen werden. Von PSII konnten 13 niedermolekulare Untereinheiten mit jeweils einer Transmembrandomäne nachgewiesen werden. Diese Untereinheiten konnten im Gegensatz zu Chloroplasten nicht in höhermolekularen Komplexen, sondern ausschließlich nahe der Lauffront einer BN-PAGE im Bereich der freien Proteine nachgewiesen werden. Der Nachweis von PsbN war ausschließlich in Etioplasten möglich. Aus diesen Ergebnissen wurde geschlossen, dass ausschließlich nicht-chlorophyllbindende Untereinheiten von PSII in Etioplasten akkumuliert werden und die Anreicherung von chlorophyllbindenden Untereinheiten von PSI und PSII von der Anwesenheit von Chlorophyll abhängt. Darüber hinaus konnten die vier niedermolekularen, membranintegralen Untereinheiten des Cytochrom b6f-Komplexes in Etioplasten und in Chloroplasten sowohl in der monomeren, als auch dimeren Assemblierungsstufe nachgewiesen werden. Ermöglicht wurden diese Nachweise durch eine neu entwickelte Methode zur Extraktion von Proteinen aus einem Polyacrylamid-Gel mit organischen Lösungsmitteln und der anschließenden massenspektrometrischen Charakterisierung mittels offline ESI-MS

Proteomic characterization and three-dimensional electron microscopy study of PSII-LHCII supercomplexes from higher plants

This work was supported by funds from the European Commission (ArtipHyction project (303435) FCH-JU-2011-1; Eco2CO2 project (309701) FP7-NMP2012)

Possible import routes of proteins into the cyanobacterial endosymbionts/plastids of Paulinella chromatophora

The rhizarian amoeba Paulinella chromatophora harbors two photosynthetically active and deeply integrated cyanobacterial endosymbionts acquired ~60 million years ago. Recent genomic analyses of P. chromatophora have revealed the loss of many essential genes from the endosymbiont’s genome, and have identified more than 30 genes that have been transferred to the host cell’s nucleus through endosymbiotic gene transfer (EGT). This indicates that, similar to classical primary plastids, Paulinella endosymbionts have evolved a transport system to import their nuclear-encoded proteins. To deduce how these proteins are transported, we searched for potential targeting signals in genes for 10 EGT-derived proteins. Our analyses indicate that five proteins carry potential signal peptides, implying they are targeted via the host endomembrane system. One sequence encodes a mitochondrial-like transit peptide, which suggests an import pathway involving a channel protein residing in the outer membrane of the endosymbiont. No N-terminal targeting signals were identified in the four other genes, but their encoded proteins could utilize non-classical targeting signals contained internally or in C-terminal regions. Several amino acids more often found in the Paulinella EGT-derived proteins than in their ancestral set (proteins still encoded in the endosymbiont genome) could constitute such signals. Characteristic features of the EGT-derived proteins are low molecular weight and nearly neutral charge, which both could be adaptations to enhance passage through the peptidoglycan wall present in the intermembrane space of the endosymbiont’s envelope. Our results suggest that Paulinella endosymbionts/plastids have evolved several different import routes, as has been shown in classical primary plastids

Ganglioside GD2-specific trifunctional surrogate antibody Surek demonstrates therapeutic activity in a mouse melanoma model.

BACKGROUND: Trifunctional bispecific antibodies (trAb) are a special class of bispecific molecules recruiting and activating T cells and accessory immune cells simultaneously at the targeted tumor. The new trAb Ektomab that targets the melanoma-associated ganglioside antigen GD2 and the signaling molecule human CD3 (hCD3) on T cells demonstrated potent T-cell activation and tumor cell destruction in vitro. However, the relatively low affinity for the GD2 antigen raised the question of its therapeutic capability. To further evaluate its efficacy in vivo it was necessary to establish a mouse model. METHODS: We generated the surrogate trAb Surek, which possesses the identical anti-GD2 binding arm as Ektomab, but targets mouse CD3 (mCD3) instead of hCD3, and evaluated its chemical and functional quality as a therapeutic antibody homologue. The therapeutic and immunizing potential of Surek was investigated using B78-D14, a B16 melanoma transfected with GD2 and GD3 synthases and showing strong GD2 surface expression. The induction of tumor-associated and autoreactive antibodies was evaluated. RESULTS: Despite its low affinity of approximately 107 M-1 for GD2, Surek exerted efficient tumor cell destruction in vitro at an EC50 of 70ng/ml [0.47nM]. Furthermore, Surek showed strong therapeutic efficacy in a dose-dependent manner and is superior to the parental GD2 mono-specific antibody, while the use of a control trAb with irrelevant target specificity had no effect. The therapeutic activity of Surek was strictly dependent on CD4+ and CD8+ T cells, and cured mice developed a long-term memory response against a second challenge even with GD2-negative B16 melanoma cells. Moreover, tumor protection was associated with humoral immune responses dominated by IgG2a and IgG3 tumor-reactive antibodies indicating a Th1-biased immune response. Autoreactive antibodies against the GD2 target antigen were not induced. CONCLUSION: Our data suggest that Surek revealed strong tumor elimination and anti-tumor immunization capabilities. The results warrant further clinical development of the human therapeutic equivalent antibody Ektomab

Phycourobilin in Trichromatic Phycocyanin from Oceanic Cyanobacteria Is Formed Post-translationally by a Phycoerythrobilin Lyase-Isomerase*S⃞

Most cyanobacteria harvest light with large antenna complexes called phycobilisomes. The diversity of their constituting phycobiliproteins contributes to optimize the photosynthetic capacity of these microorganisms. Phycobiliprotein biosynthesis, which involves several post-translational modifications including covalent attachment of the linear tetrapyrrole chromophores (phycobilins) to apoproteins, begins to be well understood. However, the biosynthetic pathway to the blue-green-absorbing phycourobilin (λmax ∼ 495 nm) remained unknown, although it is the major phycobilin of cyanobacteria living in oceanic areas where blue light penetrates deeply into the water column. We describe a unique trichromatic phycocyanin, R-PC V, extracted from phycobilisomes of Synechococcus sp. strain WH8102. It is evolutionarily remarkable as the only chromoprotein known so far that absorbs the whole wavelength range between 450 and 650 nm. R-PC V carries a phycourobilin chromophore on its α-subunit, and this can be considered an extreme case of adaptation to blue-green light. We also discovered the enzyme, RpcG, responsible for its biosynthesis. This monomeric enzyme catalyzes binding of the green-absorbing phycoerythrobilin at cysteine 84 with concomitant isomerization to phycourobilin. This reaction is analogous to formation of the orange-absorbing phycoviolobilin from the red-absorbing phycocyanobilin that is catalyzed by the lyase-isomerase PecE/F in some freshwater cyanobacteria. The fusion protein, RpcG, and the heterodimeric PecE/F are mutually interchangeable in a heterologous expression system in Escherichia coli. The novel R-PC V likely optimizes rod-core energy transfer in phycobilisomes and thereby adaptation of a major phytoplankton group to the blue-green light prevailing in oceanic waters