Title (eng)
A screen for cold-induced plant metabolites that promote RNA folding
Author
Thomas Gstrein
Advisor
Renee Schröder
Assessor
Renee Schröder
Abstract (deu)
Die Anpassung von Pflanzen an Kältestress beinhaltet eine drastische Änderung des Metabolit- und Proteinprofils. Neben anderen Proteinen werden auch RNA-Chaperone vermehrt exprimiert. RNA-Chaperone können RNA-RNA Interaktionen lösen und dadurch der Zelle helfen, die erhöhte thermodynamische Stabilität von RNA Strukturen bei niedriger Temperatur zu kompensieren. Dagegen ist über die Funktion von Metaboliten während der Kälteadaption wenig bekannt. Eine gut untersuchte Gruppe stress-induzierter Metaboliten sind Osmolyte. Osmolyte halten die Osmolarität der Zelle aufrecht, ohne jedoch mit Makromolekülen der Zelle zu interagieren. In hohen Konzentrationen verändern jedoch viele kälte-induzierte Metaboliten die Stabilität von Proteinen und Nukleinsäuren. In dieser Studie wurde getestet, ob diese Metaboliten als RNA-Chaperone fungieren können, indem sie den Austausch zwischen RNA-Strängen beschleunigen.
Weder individuelle kälte-induzierte Metaboliten noch Metabolitgruppen beschleunigen die Hybridisierung von oder den Austausch zwischen kurzen RNA Oligonukleotiden. Es konnte ebenfalls kein Einfluss auf die strukturelle Stabilität von RNA festgestellt werden. Um eine physiologische Metabolitzusammensetzung zu approximieren, wurden Metabolitextrakte von kältebehandelten und nicht-kältebahandelten Chlamydomonas reinhardtii Zellen hergestellt und verglichen. Beide Extrakte fördern die korrekte Faltung von RNA im selben Ausmaß und beschleunigen den Austausch zwischen kurzen RNA Oligonukeotiden. Allerdings ist diese Beschleunigung in Kälteschockextrakten, im Vergleich zu Kontrollextrakten schon bei niedrigeren Metabolitkonzentrationen zu beobachten.
Ein Protokoll für die Aufreinigung von GRP7, einem kälte-induzierten Protein welches vermutlich RNA-Chaperon Aktivität aufweist, wurde entwickelt.
Zusammenfassend konnte kein Einfluss von individuellen kälte-induzierten Metaboliten auf die RNA-Faltung festgestellt werden. Kälte-Schock Extrakte beschleunigen den Austausch zwischen RNA Strängen in vitro. Dies weist darauf hin, dass die Änderung des Metabolitprofils während Kälteschock einen Einfluss auf RNA haben könnte. Allerdings lassen diese Ergebnisse keine Schlussfolgerung zu, ob dieser Einfluss von biologischer Relevanz ist.
Abstract (eng)
Low temperature is a major stress factor for plants. The plants response to this kind of stress involves a dramatic change in the metabolite and protein profile. Among other cold-inducible proteins, RNA chaperones are highly expressed. RNA chaperones are able to resolve RNA-RNA interactions and thereby help the cell to cope with the increased thermodynamic stability of non-native RNA structures at low temperature. The change in the metabolite profile is poorly understood. One major group of upregulated metabolites are “osmolytes”, a group of metabolites that maintain the cells osmolarity but do not show any interaction with macromolecules. However, many cold-inducible metabolites were shown to influence the thermodynamic stability of proteins and nucleic acids. This study tested whether these metabolites can help the plant cell during cold stress by acting as RNA chaperones.
Individual cold-shock metabolites as well as groups of cold-shock metabolites do not fulfill the requirements to enhance annealing or strand-displacement of short RNA oligonucleotides in a FRET-based assay. Approximately physiological concentrations of these metabolites also did not alter RNA stability nor the shape of the melting transition. In order to approximate physiological metabolite combinations, polar metabolites were extracted from cold-treated Chlamydomonas reinhardtii cells. The extracts were tested for their ability to promote the functional conformation of a folding retarded group I intron in a trans-splicing assay. The splicing was equally efficient in extracts from cold-treated cells and from not-cold-treated cells. Both extracts were found to enhance the strand-displacement reaction between a 21mer duplex RNA and a 32mer fully complementary competitor. The cold-shock extract enhanced the displacement-reaction already at lower concentrations. In addition, a protocol for a tag-free purification of the proposed RNA chaperone GRP7 was developed.
In conclusion, cold-shock metabolites were not found to influence RNA folding. However, the change in the metabolite profile upon cold-shock can have an influence on RNA in vitro as shown in the strand-displacement assay. Whether this influence is of biological relevance cannot be concluded.
Keywords (eng)
RNA chaperonecold-shockmetabolite
Keywords (deu)
RNA-ChaperonKälteschockMetabolit
Subject (deu)
Subject (deu)
Subject (deu)
Type (deu)
Persistent identifier
https://phaidra.univie.ac.at/o:1275423
rdau:P60550 (deu)
114 S. : graph. Darst.
Number of pages
115
Association (deu)
Title (eng)
A screen for cold-induced plant metabolites that promote RNA folding
Author
Thomas Gstrein
Abstract (deu)
Die Anpassung von Pflanzen an Kältestress beinhaltet eine drastische Änderung des Metabolit- und Proteinprofils. Neben anderen Proteinen werden auch RNA-Chaperone vermehrt exprimiert. RNA-Chaperone können RNA-RNA Interaktionen lösen und dadurch der Zelle helfen, die erhöhte thermodynamische Stabilität von RNA Strukturen bei niedriger Temperatur zu kompensieren. Dagegen ist über die Funktion von Metaboliten während der Kälteadaption wenig bekannt. Eine gut untersuchte Gruppe stress-induzierter Metaboliten sind Osmolyte. Osmolyte halten die Osmolarität der Zelle aufrecht, ohne jedoch mit Makromolekülen der Zelle zu interagieren. In hohen Konzentrationen verändern jedoch viele kälte-induzierte Metaboliten die Stabilität von Proteinen und Nukleinsäuren. In dieser Studie wurde getestet, ob diese Metaboliten als RNA-Chaperone fungieren können, indem sie den Austausch zwischen RNA-Strängen beschleunigen.
Weder individuelle kälte-induzierte Metaboliten noch Metabolitgruppen beschleunigen die Hybridisierung von oder den Austausch zwischen kurzen RNA Oligonukleotiden. Es konnte ebenfalls kein Einfluss auf die strukturelle Stabilität von RNA festgestellt werden. Um eine physiologische Metabolitzusammensetzung zu approximieren, wurden Metabolitextrakte von kältebehandelten und nicht-kältebahandelten Chlamydomonas reinhardtii Zellen hergestellt und verglichen. Beide Extrakte fördern die korrekte Faltung von RNA im selben Ausmaß und beschleunigen den Austausch zwischen kurzen RNA Oligonukeotiden. Allerdings ist diese Beschleunigung in Kälteschockextrakten, im Vergleich zu Kontrollextrakten schon bei niedrigeren Metabolitkonzentrationen zu beobachten.
Ein Protokoll für die Aufreinigung von GRP7, einem kälte-induzierten Protein welches vermutlich RNA-Chaperon Aktivität aufweist, wurde entwickelt.
Zusammenfassend konnte kein Einfluss von individuellen kälte-induzierten Metaboliten auf die RNA-Faltung festgestellt werden. Kälte-Schock Extrakte beschleunigen den Austausch zwischen RNA Strängen in vitro. Dies weist darauf hin, dass die Änderung des Metabolitprofils während Kälteschock einen Einfluss auf RNA haben könnte. Allerdings lassen diese Ergebnisse keine Schlussfolgerung zu, ob dieser Einfluss von biologischer Relevanz ist.
Abstract (eng)
Low temperature is a major stress factor for plants. The plants response to this kind of stress involves a dramatic change in the metabolite and protein profile. Among other cold-inducible proteins, RNA chaperones are highly expressed. RNA chaperones are able to resolve RNA-RNA interactions and thereby help the cell to cope with the increased thermodynamic stability of non-native RNA structures at low temperature. The change in the metabolite profile is poorly understood. One major group of upregulated metabolites are “osmolytes”, a group of metabolites that maintain the cells osmolarity but do not show any interaction with macromolecules. However, many cold-inducible metabolites were shown to influence the thermodynamic stability of proteins and nucleic acids. This study tested whether these metabolites can help the plant cell during cold stress by acting as RNA chaperones.
Individual cold-shock metabolites as well as groups of cold-shock metabolites do not fulfill the requirements to enhance annealing or strand-displacement of short RNA oligonucleotides in a FRET-based assay. Approximately physiological concentrations of these metabolites also did not alter RNA stability nor the shape of the melting transition. In order to approximate physiological metabolite combinations, polar metabolites were extracted from cold-treated Chlamydomonas reinhardtii cells. The extracts were tested for their ability to promote the functional conformation of a folding retarded group I intron in a trans-splicing assay. The splicing was equally efficient in extracts from cold-treated cells and from not-cold-treated cells. Both extracts were found to enhance the strand-displacement reaction between a 21mer duplex RNA and a 32mer fully complementary competitor. The cold-shock extract enhanced the displacement-reaction already at lower concentrations. In addition, a protocol for a tag-free purification of the proposed RNA chaperone GRP7 was developed.
In conclusion, cold-shock metabolites were not found to influence RNA folding. However, the change in the metabolite profile upon cold-shock can have an influence on RNA in vitro as shown in the strand-displacement assay. Whether this influence is of biological relevance cannot be concluded.
Keywords (eng)
RNA chaperonecold-shockmetabolite
Keywords (deu)
RNA-ChaperonKälteschockMetabolit
Subject (deu)
Subject (deu)
Subject (deu)
Type (deu)
Persistent identifier
https://phaidra.univie.ac.at/o:1275424
Number of pages
115
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