Kasvit säätelevät yhteyttämistä proteiinien asetylaation avulla (Väitös: FM Minna Koskela, 15.8.2018, molekulaarinen kasvibiologia)
Minna Koskela havaitsi Turun yliopistossa tarkastettavassa väitöstutkimuksessaan, että proteiinien asetylaatio on tärkeä mekanismi yhteyttämisen valoreaktioiden säätelyssä. Erityisesti proteiineja asetyloivan asetyylitransferaasi NSI:n osoitettiin olevan välttämätön valoreaktioiden säätelyn virheettömälle toiminnalle. Tulokset muuttavat käsitystämme yhteyttämisen säätelyn perusmekanismeista, sillä asetylaatiota ei ole aiemmin pidetty merkittävänä valoreaktioihin vaikuttavana tekijänä.
Turun yliopiston tiedote 10.8.2018
Kasvit säätelevät yhteyttämisen valoreaktioita monin eri mekanismein maksimoidakseen sitomansa valoenergian määrän, mutta toisaalta suojatakseen valoreaktioita liiallisen valon aiheuttamilta vaurioilta.
Minna Koskela tutki väitöskirjassaan, kuinka proteiinien asetylaatio vaikuttaa valoreaktioiden toimintaan. Asetylaatiossa proteiinien vapaisiin aminoryhmiin liitetään asetyyliryhmä, mikä muuttaa proteiinin varausta. Aminoryhmiä on sekä proteiinien N-terminaalisessa päässä että lysiini-aminohappojen sivuketjuissa.
– Viime vuosien aikana on havaittu, että useita yhteyttämisen valoreaktioissa toimivia proteiineja muokataan asetylaation avulla. Kloroplastien, eli tutummin viherhiukkasten, proteiinien asetylaatiosta vastaavia entsyymejä ei kuitenkaan ole tutkittu, ja asetylaation vaikutus valoreaktioiden toimintaan tunnetaan huonosti, kertoo Koskela.
Asetyylitransferaasi tarvitaan tasapainon ylläpitämiseen
Tutkimuksessaan Koskela löysi asetyylitransferaasi-entsyymi NSI:n, joka asetyloi useita valoreaktioihin osallistuvia proteiineja ja jolla oli huomattava vaikutus valoreaktioiden toiminnan säätelyyn.
– Havaitsimme, että kasvit, joita puuttuu NSI entsyymi, eivät kykene säätelemään valoenergian jakautumista kasvien kahden valoreaktiokeskuksen välillä, Koskela sanoo.
Energian jakautumista reaktiokeskusten välillä on tutkittu vuosikymmeniä ja yksi tärkeimmistä tunnetuista säätelymekanismeista on valoa sitovien valohaaviproteiinien muokkaus fosforylaation avulla. Fosforylaatio säätelee valohaavin sitoutumista reaktiokeskusten välillä ja siten varmistaa, että ne toimivat sujuvasti yhdessä.
– Ylimääräisen valoenergian virtaaminen toiselle reaktiokeskukselle johtaa reaktiivisten happilajien muodostumiseen ja voi pahimmillaan tuhota koko elektroninsiirtoketjun, Koskela kertoo.
Tutkijoille tuli yllätyksenä, että asetyylitransferaasilla oli niin suuri vaikutus ilmiöön, jonka on perinteisesti ajateltu olevan täysin fosforylaation säätelemä.
– Tutkimillamme kasveilla valohaavi kuitenkin fosforyloitui normaalisti, mikä todisti, että NSI tarvitaan valohaavin säätelyyn fosforylaatiosta riippumatta, Koskela tarkentaa.
Asetylaatio vaikuttaa elektroninsiirtäjien väliseen vuorovaikutukseen
Asetyylitransferaasien lisäksi Koskela tutki väitöskirjassa asetylaation vaikutusta FNR-entsyymin toimintaan. FNR on elektroninsiirtäjäproteiini, joka siirtää valoreaktioilta vapautuneita elektroneja hiilidioksidin sidontaan ja muuhun aineenvaihduntaan kasvien kloroplasteissa.
– Havaitsimme, että lituruohon FNR-entsyymiä säädellään asetylaation avulla. Asetylaatio vahvisti FNR:n vuorovaikutusta ferredoksiinin kanssa, joka kuljettaa elektroneja valoreaktiokeskus I:ltä FNR:lle. Tulos viittaa siihen, että asetylaatio saattaa olla merkittävä mekanismi myös elektroninsiirron säätelyssä, Koskela toteaa.
Koskelan väitöskirjatutkimus nostaa asetylaation fosforylaation rinnalle keskeisten valoreaktioiden säätelymekanismien joukkoon. Vielä riittää kuitenkin selvitettävää.
– Vaikka asetylaatio vahvisti FNR:n vuorovaikutusta ferredoksiinin kanssa koeputkessa, emme tiedä miten asetylaatio vaikuttaa ferredoksiinin ja FNR:n välisen elektronin siirron nopeuteen elävässä kasvissa. Lisätutkimuksia tarvitaan myös selvittämään, minkä mekanismin kautta NSI vaikuttaa valohaavin toimintaan. Vaikka osoitimme NSI:n asetyloivan monia valoreaktioiden proteiineja, ei ole selvää sääteleekö NSI valohaavin toimintaa suoraan näiden asetylaatioiden kautta, vai onko vaikutus epäsuora, Koskela selventää.
***
FM Minna Koskela esittää väitöskirjansa Ferredoxin-NADP+ oxidoreductases and protein acetylation in the regulation of photosynthesis julkisesti tarkastettavaksi Turun yliopistossa keskiviikkona 15.8.2018 klo 12.00 (Turun yliopisto, Arcanum, Arc 1, Arcanuminkuja 4, Turku).
Vastaväittäjänä toimii professori Stefan Jansson (Uumajan yliopisto, Ruotsi) ja kustoksena apulaisprofessori Paula Mulo (Turun yliopisto). Tilaisuus on englanninkielinen.
FM Minna Koskela on syntynyt vuonna 1988 ja kirjoitti ylioppilaaksi Haminan lukiossa vuonna 2007. Koskela suoritti korkeakoulututkintonsa (FM) Helsingin yliopistossa vuonna 2013. Väitöksen alana on molekulaarinen kasvibiologia. Koskela työskentelee Turun yliopistossa tohtorikoulutettavana.
Väittelijän yhteystiedot: p. 050 490 1854, minkos@utu.fi
Väittelijän kuva: https://apps.utu.fi/media/vaittelijat/koskela_minna.jpg
Väitöskirja on julkaistu sähköisenä: http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-29-7336-1