Universität zu Köln

Challenging the plant cell cycle. Analysis of key cell cycle regulators in Arabidopsis thaliana

Weinl, Christina (2005) Challenging the plant cell cycle. Analysis of key cell cycle regulators in Arabidopsis thaliana. PhD thesis, Universität zu Köln.

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    Abstract

    Throughout plant development cell differentiation is closely linked with cell cycle control. A class of highly conserved Serine/Threonine kinases, CYCLIN DEPENDENT KINASEs (CDKs) controls progression through the cell cycle. One important mechanism to regulate CDK activity is the binding of CDK inhibitors (CKIs). Recently, CKIs were also identified in plants and in previous studies, Arabidopsis plants misexpressing CKIs were found to have reduced endoreplication levels and decreased numbers of cells consistent with a function of CKIs in blocking the G1/S cell-cycle transition. I found that at least one inhibitor from Arabidopsis, KRP1, can also block entry into mitosis but allows S-phase progression causing endoreplication. The data presented in this work suggest that KRP1 acts in a concentration-dependent manner and has an important function in cell proliferation as well as in cell-cycle exit and in turning from a mitotic to an endoreplicating cell-cycle mode. Endoreplication is usually associated with terminal differentiation. Strikingly, endoreplicated cells were found to be able to re-enter mitosis emphasizing the high degree of flexibility of plant cells during development. Moreover, it could be shown that in contrast to animal CKIs KRP1 can move between cells. In animals CDKs regulate entry into S-phase via activation of the E2F-DP transcription factor, by phosphorylating the E2F-DP inhibiting RETINOBLASTOMA protein. Orthologs of Rb, E2F and DP have been identified in the Arabidopsis genome. In this work I misexpressed the RETINOBLASTOMA RELATED1 (RBR1) and three genes encoding for ADENOVIRUS E2 PROMOTOR BINDING FACTOR s (E2Fa, E2Fb and E2Fc) in endoreplicating trichomes. The obtained data suggest that RBR1 negatively regulates endoreplication, whereas E2Fa, E2Fb and E2Fc act as positive regulators, indicating that the RBR-E2F regulatory pathway is conserved in higher eukaryotes.

    Item Type: Thesis (PhD thesis)
    Translated abstract:
    AbstractLanguage
    In der Entwicklung der Pflanze sind Zell-Differenzierung und Zell-Zyklus Kontrolle eng miteinander verknüpft. Eine Klasse von Serin/Threonin Kinasen, die Zyklin-abhängigen Kinasen (CDKs), kontrolliert den Ablauf des Zell-Zyklus. Ein wichtiger Mechanismus um die CDK Aktivität zu regulieren ist die Bindung von CDK-Inhibitoren. Auch in Pflanzen wurden vor kurzem CDK-Inhibitoren entdeckt. Missexpression von CDK-Inhibitoren in Arabidopsis führt zu verminderter Endoreplikation und einer Abnahme der Zell-Zahl. Diese Beobachtung ist konsistent mit der postulierten Funktion von CDK-Inhibitoren, den Zell-Zyklus während dem Übergang von der G1- zur S-Phase blockieren zu können. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass zumindest der CDK-Inhibitor KRP1 den Eintritt in die Mitose verhindern kann. Der Eintritt in die S-Phase wird nicht blockiert und Endoreplikation findet statt. Die Daten dieser Arbeit weisen darauf hin, dass KRP1 konzentrations-abhängig wirkt. KRP1 spielt eine wichtige Rolle während der Zell-Proliferation, dem Austritt aus dem Zell-Zyklus und dem Umschalten von einem mitotischen- in einen endoreplizierenden Zell-Zyklus-Modus. Endoreplikation wird meist mit einer terminalen Differenzierung assoziiert, interessanterweise wurden endoreplizierte Zellen entdeckt, die wieder in einen mitotischen Zell-Zyklus eintreten konnten. Diese Beobachtung betont die große Flexibilität pflanzlicher Zellen während ihrer Entwicklung. Darüber hinaus konnte in dieser Arbeit gezeigt werden, dass im Gegensatz zu CDK-Inhibitoren aus dem tierischen System, KRP1 sich von Zelle zu Zelle bewegen kann. CDKs regulieren im tierischen System den Eintritt in die S-Phase durch Aktivierung des E2F-DP Transkriptionsfaktors. Dies geschieht indem CDKs das E2F-DP inhibierende RETINOBLASTOMA PROTEIN phosphorylieren. Mittlerweile sind orthologe Gene für Rb, E2F und DP in Arabidopsis isoliert worden. In dieser Arbeit wurde das RETINOBLASTOMA RELATED1 (RBR1) Gen und drei E2F Gene (E2Fa, E2Fb und E2Fc) in endoreplizierenden Trichomen missexprimiert. Die Ergebnisse weisen darauf hin, dass RBR1 ein negativer Regulator der Endoreplikation ist, wohingegen es sich bei E2Fa, E2Fb und E2Fc um positive Regulatoren handelt. Dieses Ergebnis läßt darauf schliessen, dass der RBR-E2F Regulations-Mechanismus in höheren Eukaryoten konserviert ist.German
    Creators:
    CreatorsEmail
    Weinl, Christinacweinl@web.de
    URN: urn:nbn:de:hbz:38-15713
    Subjects: Life sciences
    Uncontrolled Keywords:
    KeywordsLanguage
    Arabidopsis , Zell Zyklus , Zell-Zyklus Regulatoren , CDK-Inhibitor KRP1German
    Arabidopsis , cell cycle , plant cell cycle regulators , CDK inhibitor KRP1English
    Faculty: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
    Divisions: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät > Botanisches Institut
    Language: English
    Date: 2005
    Date Type: Completion
    Date of oral exam: 05 July 2005
    Full Text Status: Public
    Date Deposited: 19 Oct 2005 08:44:47
    Referee
    NameAcademic Title
    Hülskamp, MartinProf. Dr.
    URI: http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/1571

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