Thesis (M.S.)--The University of North Carolina at Greensboro, 2009. / Directed by Paul Steimle; submitted to the Dept. of Biology. Title from PDF t.p. (viewed May 11, 2010). Includes bibliographical references (p. 37-39).

Universiẗat, Diss., 2001--Köln.

Universiẗat, Diss., 2004--Köln.

Η ριβονουκλεάση Ρ (RNase P) είναι ένα πανταχού παρόν ένζυμο, το οποίο θραύει ενδονουκλεολυτικά τα πρόδρομα μετάγραφα των tRNA, παράγοντας τα ώριμα 5΄ άκρα τους. Πρόσφατα, βρέθηκε πως η RNase P συμμετέχει στην μεταγραφή γονιδίων που κωδικοποιούν tRNA, rRNA και άλλα μικρά μη κωδικοποιούντα RNA. Η RNase P έχει ανιχνευθεί σε αντιπροσώπους και των τριών περιοχών της ζωής (βακτήρια, αρχαία, ευκαρυώτες), καθώς επίσης σε μιτοχόνδρια και χλωροπλάστες, με μοναδική εξαίρεση το αρχαίο Nanoarchaeum equitans. Σε σχεδόν όλους τους οργανισμούς, η RNase P είναι ένα ριβονουκλεοπρωτεϊνικό σύμπλοκο αποτελούμενο από μία απαραίτητη RNA υπομονάδα και ποικίλο αριθμό πρωτεϊνών. Υπάρχουν μόνο δύο, πρόσφατα, αναφερόμενες εξαιρέσεις, αυτές των ανθρώπινων μιτοχονδρίων και των πλαστιδίων του φυτού A. thaliana, των οποίων η RNase P είναι αποκλειστικά πρωτεϊνικής φύσεως. Η RNA υπομονάδα είναι υπεύθυνη για την καταλυτική λειτουργία του ολοενζύμου της RNase P από τα βακτήρια, τα αρχαία και τους ευκαρυώτες. Οι πρωτεϊνικές υπομονάδες είναι απαραίτητες για την κατάλυση in vivo και παίζουν πολλούς ρόλους στη δομή και λειτουργία του ολοενζύμου. Η πυρηνική RNase P από το Dictyostelium discoideum είναι το πιο πλούσιο, σε πρωτεϊνική σύσταση, ολοένζυμο ανάμεσα στα ευκαρυωτικά ένζυμα RNase P που έχουν μελετηθεί μέχρι σήμερα. Είναι ένα ριβονουκλεοπρωτεϊνικό σύμπλοκο, το οποίο αποτελείται από μια RNA υπομονάδα και οχτώ πρωτεΐνες (DRpp40, DRpp30, DRpp29, DRpp25, DRpp21, DRpp20, DPop1, DPop5). Αυτές οι πρωτεΐνες παρουσιάζουν ομοιότητες με τις ομόλογές τους από ανώτερα ευκαρυωτικά ένζυμα, όπως του ανθρώπου, ενώ παράλληλα διατηρούν ιδιοσυγκρασιακά χαρακτηριστικά. Στην παρούσα μελέτη, περιγράφουμε την κλωνοποίηση και τις ιδιότητες αλληλεπίδρασης της πρωτεΐνης DRpp29 με την RNA υπομονάδα της RNase P του D. discoideum. Πειράματα ηλεκτροφορητικής κινητικότητας έδειξαν, πως η DRpp29 δεσμεύεται ειδικά με την RNA υπομονάδα, ένα χαρακτηριστικό που επιβεβαιώθηκε περαιτέρω με τον σχεδιασμό του μοντέλου της δομής της DRpp29. Επιπλέον, κατασκευάστηκαν μεταλλάγματα απολοιφής της DRpp29, για να μελετηθούν οι περιοχές της DRpp29 που συνεισφέρουν ή/και είναι υπεύθυνες για την άμεση αλληλεπίδρασή της με την RNA υπομονάδα. Εντοπίστηκε μια περιοχή, μεταξύ των ευκαρυωτικών ομολόγων, πλούσια σε λυσίνες και αργινίνες, η οποία φαίνεται να διευκολύνει την αλληλεπίδραση των δύο αυτών υπομονάδων. Προσδιορίσαμε, επίσης, με τη διεξαγωγή ανάλυσης αποτυπώματος και τη χρήση δεδομένων βιοπληροφορικής, τη δευτεροταγή δομή της RNA υπομονάδας της RNase P του D. discoideum. Με ανάλυση αποτυπώματος αποκαλύφθηκε, πως η DRpp29 αλληλεπιδρά με την περιοχή εξειδίκευσης (“S-domain”) της RNA υπομονάδας, δείχνοντας, ότι η DRpp29 επηρεάζει την ικανότητα δέσμευσης του υποστρώματος από το ένζυμο. Στη συνέχεια, ελέγχθη η ικανότητα της DRpp29 και των μεταλλαγμάτων της να σχηματίζουν, μαζί με την RNA υπομονάδα του E. coli, ενεργά ενζυμικά σύμπλοκα με δραστικότητα RNase P. Τέλος, ελέγχθη ο σχηματισμός ενός ελάχιστα καταλυτικού πυρήνα της RNase P του D. discoideum, με την πραγματοποίηση πειραμάτων ομόλογης ανασύστασης με την DRpp29, τον πρωτεϊνικό της συνεργάτη DRpp21 και την RNA υπομονάδα / Ribonuclease P (RNase P) is a ubiquitous enzyme, which endonucleolytically cleaves the precursor tRNA transcripts to produce their mature 5΄ ends. Recently, RNase P has been found to participate in the transcription of tRNA, rRNA and other small non-coding RNA genes. RNase P occurs in representatives of all domains of life (bacteria, archaea, eukarya), as well as in mitochondria and chloroplasts, apart from the archeon Nanoarchaeum equitans. In almost every organism, RNase P is a ribonucleoprotein complex, with one essential RNA and a multiple number of protein subunits. There are only two exceptional cases, that of the human mitochondria and the plastids from A. thaliana, whose RNase P lacks an RNA subunit. The RNA subunit is responsible for the main catalytic function of the RNase P holoenzyme in bacteria, archaea and eukarya. Protein subunits are essential for catalysis in vivo and they play multiple roles in structure and function of the holoenzyme. Dictyostelium discoideum nuclear RNase P is the most proteinaceous holoenzyme among the eukaryal RNase P studied so far. It’s a ribonucleoprotein complex, which consists of one RNA and eight protein subunits (DRpp40, DRpp30, DRpp29, DRpp25, DRpp21, DRpp20, DPop1, DPop5). These proteins display similarities with its counterparts from higher eukaryotes, such as the human enzyme, but at the same time they retain distinctive characteristics. In the present study, we report the molecular cloning and interaction details of DRpp29 and RNase P RNA. Electromobility shift assays exhibited that DRpp29 binds specifically to the RNase P RNA subunit, a feature that was further confirmed by the molecular modeling of the DRpp29 structure. Moreover, deletion mutants of DRpp29 were constructed in order to investigate the domains of DRpp29 that contribute to and/or are responsible for the direct interaction with the D. discoideum RNase P RNA. A eukaryotic specific, lysine and arginine rich region was revealed, which seems to facilitate the interaction between these two subunits. We determined the D. discoideum RNase P RNA secondary structure based on footprinting analysis and bioinformatic data. Furthermore, footprinting analysis revealed that DRpp29 interact with the specificity domain (“S-domain”) of the RNA subunit, suggesting that DRpp29 influence the enzyme’s substrate binding ability. Furthermore, we tested the ability of wild type and mutant DRpp29 to form active RNase P enzymatic particles with the E. coli’s RNase P RNA. Finally, we tested the formation of a minimal catalytic core of the D. discoideum RNase P, by performing homologous reconstitution experiments with DRpp29, its protein partner DRpp21 and the RNA subunit

Ο μυξομύκητας Dictyostelium discoideum είναι εξελικτικά κατώτερος ευκαρυωτικός οργανισμός και η RNase P από αυτόν είναι ένα εξαιρετικά ενδιαφέρον ένζυμο, δεδομένου του ότι, το ένζυμο αυτό προσφέρεται για σύγκριση, τόσο με ένζυμα RNase P ανώτερων ευκαρυωτικών οργανισμών, όσο και με τα καλύτερα χαρακτηρισμένα βακτηριακά ολοένζυμα. Η RNase P του D. discoideum έχει βρεθεί ότι είναι και αυτή ένα ριβονουκλεοπρωτεΐνικό σύμπλοκο, που αποτελείται από μία RNA υπομονάδα και από οχτώ πρωτεϊνικές υπομονάδες. Στην εργασία αυτή έγινε προσπάθεια να κλωνοποιηθεί και να χαρακτηριστεί μια επιπλέον πρωτεΐνική υπομονάδα, η DPop5, πέραν των τεσσάρων που έχουν ήδη κλωνοποιηθεί και χαρακτηριστεί από το εργαστήριο του κ. Δραΐνα (DRpp20, DRpp30, DRpp40, DRpp29), έτσι ώστε να δοθεί επιπλέον πληροφορία για την ολοκλήρωση της αρχιτεκτονικής του μακρομοριακού συμπλόκου της RNase P. Για το λόγο αυτό πραγματοποιήθηκε κλωνοποίηση του γονιδίου και υπερέκφραση αυτής μέσω ενός συστήματος έκφρασης, το οποίο βασίζεται στην παραγωγή χιμαιρικών πρωτεϊνών, αποτελούμενων από την πρωτεΐνη-στόχο και τη βακτηριακή συνοδό πρωτεΐνη, HSP70 ή DnaK. Στη συνέχεια, αφού ακολούθησε καθαρισμός της ανασυνδιασμένης πρωτεΐνης πραγματοποιήθηκε ο βιοχημικός χαρακτηρισμός της και η παρασκευή πολυκλωνικών αντισωμάτων έναντι αυτής. Ο βιοχημικός χαρακτηρισμός της καθώς και η μοντελοποίηση αυτής in silico έδειξαν ότι η πρωτεΐνη αυτή είναι αρνητικά φορτισμένη (pI 5.19) και ότι έχει την ικανότητα να αλληλεπιδρά με RNA μόρια, μέσω ενός χαρακτηριστικού μοτίβου πρόσδεσης σ’ αυτά. Περαιτέρω πειραματικές διαδικασίες βρίσκονται σε εξέλιξη έτσι ώστε να αποσαφηνιστεί πλήρως ο ρόλος της στο ολοένζυμο. / Cloning and characterization of DPop5 protein subunit from Dictyostelium discoideum ribonucleoprotein complex RNase P.

Η ριβονουκλεάση Ρ (RNase P) είναι ένα πανταχού παρόν ένζυμο, το οποίο είναι απαραίτητο για την ωρίμανση του 5’ άκρου των πρόδρομων tRNA μορίων. Δρα ενδονουκλεολυτικά προκαλώντας θραύση της 5’ επιπρόσθετης οδηγού αλληλουχίας στα πρόδρομα μετάγραφα των tRNA, παράγοντας τα ώριμα μόρια. Η RNase P έχει ανιχνευθεί σε αντιπροσώπους και των τριών φυλογενετικών περιοχών (βακτήρια, αρχαία, ευκαρυώτες), καθώς επίσης σε μιτοχόνδρια και χλωροπλάστες, με μοναδική εξαίρεση το αρχαίο Nanoarchaeum equitans και το υπερθερμόφιλο βακτήριο Aquifex aeolicus. Σε όλους σχεδόν τους οργανισμούς, η RNase P είναι ένα ριβονουκλεοπρωτεϊνικό σύμπλοκο αποτελούμενο από μία απαραίτητη RNA υπομονάδα και ποικίλο αριθμό πρωτεϊνών. Στη βιβλιογραφία μέχρι τώρα έχουν αναφερθεί μόνο δύο εξαιρέσεις, αυτές των ανθρώπινων μιτοχονδρίων και των πλαστιδίων του φυτού A. thaliana, των οποίων η RNase P είναι αποκλειστικά πρωτεϊνικής φύσεως. Η RNA υπομονάδα είναι υπεύθυνη για την καταλυτική λειτουργία του ολοενζύμου της RNase P από τα βακτήρια, τα αρχαία και τους ευκαρυώτες. Οι πρωτεϊνικές υπομονάδες είναι απαραίτητες για την κατάλυση in vivo και παίζουν ποικίλους ρόλους στη δομή και λειτουργία του ολοενζύμου. Η παρούσα διπλωματική εργασία έχει ως σκοπό την λειτουργική μελέτη επί των υπομονάδων του ριβονουκλεοπρωτεϊνικού συμπλόκου της RNase P από τον μυξομύκητα Dictyostelium discoideum. Η πυρηνική RNase P από το D. discoideum είναι το πιο πλούσιο, σε πρωτεϊνική σύσταση (πυκνότητα επιπολής, 1.23 g/ml), ολοένζυμο ανάμεσα στα ευκαρυωτικά ένζυμα RNase P που έχουν μελετηθεί μέχρι σήμερα. Είναι ένα ριβονουκλεοπρωτεϊνικό σύμπλοκο, το οποίο αποτελείται από μια RNA υπομονάδα και οχτώ πρωτεΐνες (DRpp40, DRpp30, DRpp29, DRpp25, DRpp21, DRpp20, DPop1, DPop5). Αυτές οι πρωτεΐνες παρουσιάζουν ομοιότητες με τις ομόλογές τους από ανώτερα ευκαρυωτικά ένζυμα, όπως του ανθρώπου, ενώ παράλληλα διατηρούν ιδιοσυγκρασιακά χαρακτηριστικά. Στην παρούσα μελέτη, περιγράφουμε την αλληλεπίδραση των πρωτεϊνικών υπομονάδων DRpp30 και DPop5 μεταξύ τους, καθώς και με την RNA υπομονάδα της RNase P του D. discoideum. Συγκεκριμένα μελετήθηκε ο ενδεχόμενος σχηματισμός ενός ελάχιστα καταλυτικού πυρήνα της RNase P με την διεξαγωγή πειραμάτων ομόλογης ανασύστασης με την RNA υπομονάδα παρουσία των ανασυνδυασμένων πρωτεϊνών DRpp30 και DPop5. Επίσης πραγματοποιήθηκαν πειράματα αλλαγής ηλεκτροφορητικής κινητικότητας (Electrophoretic mobility shift assay, EMSA). Ακολούθησαν πειράματα ανάλυσης αποτυπώματος (Footprinting Analysis) αλλά και πειράματα συν-ανοσοκατακρήμνισης (co-immunoprecipitation) των πρωτεϊνών, έτσι ώστε να υπάρξουν παραπάνω δεδομένα για τις μεταξύ τους αλληλεπιδράσεις. Τα παραπάνω αποτελέσματα θα συμβάλλουν στην συνολική μελέτη του ριβονουκλεοπρωτεϊνικού συμπλόκου της RNase P από τον D. discoideum. / Ribonuclease P (RNase P) is a ubiquitous enzyme, found in representatives of all domains of life (bacteria, archaea, eukarya), as well as in subcellular organelles, that endonucleolytically cleaves all precursor tRNA transcripts to produce their mature 5΄ ends. In almost every organism, RNase P is a ribonucleoprotein complex, with one essential RNA and one to ten protein subunits. RNase P from Dictyostelium discoideum is the most proteinaceous holoenzyme among the eukaryal RNase Ps studied so far and is comprised of an RNA and eight probable protein subunits (DPop1, DPop5, DRpp20, DRpp21, DRpp25, DRpp29, DRpp30 and DRpp40) as revealed by sequence similarity. Herein, we present preliminary functional studies in the interaction between the protein subunits DPop5 and DRpp30, as well as with the RNA subunit of RNase P from D. discoideum. Particularly we investigated if these protein subunits with the RNA subunit could form a minimal consensus RNase P core, conducting reconstitution assays with the RNA subunit in the presence of the recombinant proteins DPop5 and DRpp30. Furthermore using Electrophoretic mobility shift assays, EMSAs, footprinting analysis and co-immunoprecipitation assays we studied thoroughly the interactions between the recombinant proteins and with the RNA subunit, in aim to discover possible areas of interaction on the RNA subunit. Our data will give new insights and expand our knowledge about the ribonucleoprotein complex of RNase P from the slime mold Dictyostelium discoideum.

One purpose of this study was to determine whether the ras protein from Dictyostelium discoideum (p23) binds guanine nucleotides like the ras proteins from mammals (p21) and yeast. The other purpose of this investigation was to purify or enrich for p23ras from D. discoideum by immunoaffinity chromatography. A number of different approaches were used to determine guanine nucleotide binding by p23RAS . A simple filter binding assay, binding to Western blots, and photoaffinity labeling all failed to demonstrate specific binding with lysates of D. discoideum cells. In contrast p21RAS from transformed NIH-3T3 cell lysate was successfully photoaffinity labeled in the presence of ³²P-α-guanosine 5¹-triphosphate (GTP) suggesting that the technique had been performed correctly. It was concluded that either p23RAS has a very low affinity for guanine nucleotides such that GTP binding was not detectable in these experiments or that the ras protein from D. discoideum simply does not bind guanine nucleotides. The purification of p23RAS from D. discoideum cells was attempted in order to provide a purified protein preparation for guanine nucleotide binding and for reconstitution studies. An anti-ras monoclonal antibody (Y13-259) was used as the ligand for the immunoaffinity chromatography. This approach was not successful in that the ras protein could not be enriched relative to other proteins because the immunoaffinity columns did not bind p23RAS. / Science, Faculty of / Microbiology and Immunology, Department of / Graduate

The role of cyclic AMP and a differentiation-indueing factor (DIF) in the differentiation of stalk cells was investigated in the cellular slime mold Dictyostelium discoideum. In this organism, starvation triggers the aggregation of amoebae into multicellular masses within which a simple, well-regulated pattern of partially differentiated cells is formed and which ultimately form fruiting bodies comprised of spore and stalk cells. In a monolayer system at low cell densities, stalk cell formation is dependent on the presence of both cyclic AMP and DIF. Both factors act within a short time of each other, induction by cyclic AMP preceding induction by DIF, beginning between 8 to 10 hours of incubation in monolayers, and progressively committing an increasing proportion of the cells in monolayer to form stalk cells. The relative effectiveness of analogues of cyclic AMP to induce stalk cell formation in monolayers indicates that the well-characterized cell surface cyclic AMP receptor most probably mediates the action of cyclic AMP. Although this receptor appears early during aggregation, it does not become activated until later during development in vivo, probably because the cyclic AMP concentrations within developing cell masses must build up to levels higher than those in aggregation streams. The finding that caffeine inhibits stalk cell formation in low density monolayers and that the permeable analogue 8-Bromo-cyclic AMP can partially reverse this inhibition suggests that activation of this receptor leads to an increase in internal cyclic AMP levels as one of the steps in stalk cell differentiation. The finding that the expression in low density monolayers of AP IV, a cell-type non-specific isozyme of acid phosphatase, was cyclic AMP-dependent is consistent with the view that cyclic AMP induces non-specific postaggregative gene expression during development in vivo. The findings that the expression of pre-stalk arid stalk cell specific antigens and of the pre-stalk cell specific isozyme AP II was DIF-dependent provide good evidence for the idea that both pre-stalk and stalk cell formation are induced by DIF. The fact that isolated pre-stalk cells require DIF for stalk cell formation in low density monolayers further supports this idea. Whereas cells independent of DIF for stalk cell formation in monolayers appear immediately after cyclic AMP-independent cells during differentiation in low density monolayers, DIF-independent cells appear considerably later during development in vivo. This evidence and the fact that developing cell masses contain elevated levels of DIF lead to the postulate that the factor(s) which triggers the formation of fruiting bodies also controls the pre-stalk to stalk cell conversion. / Science, Faculty of / Botany, Department of / Zoology, Department of / Graduate

Dictyostelium discoideum (Dd) is a model organism, studied for reasons from cell movement to chemotaxis to human disease control. Creating a computer model of the life cycle of Dd has garnered great interest, one part of which is the Aggregation Stage, where thousands of amoeba gather together to form a slug. Chemotaxis is the mechanism through which this is accomplished. This thesis develops two- and three-dimensional alternating direction implicit code which solves the diffusion equation on an adaptive grid. The calculated values for both two and three dimensions are checked against the actual solution and error results are provided. Comparisons are made between the coarse grid with refinement case and a fine grid without refinement case. Also, a non-negativity condition for two dimensions is derived to give a bound on the three major parameters: the diffusion coefficient and the spatial and time discretizations.

The cellular slime mold, <i><b>Dictyostelium discoideum</i></b>, has two developmentally regulated forms of the enzyme glycogen phosphorylase, which are encoded by two distinct, but related genes (Rutherford, et. aI., 1991). A complementary DNA (cDNA) encoding glycogen phosphorylase-}, gp-l, was isolated from a λgtll expression library made from amoebae stage mRNA. The 5' upstream region of the gp-l gene was cloned by inverted polymerase chain reaction (IPCR) and partial genomic DNA library screening. The gp-l gene was found as one copy or low copy number gene in the <i><b>Dictyostelium</i></b> genome, and an adjacent 22 kilobase pair region was physically mapped. The deduced amino acid sequencing analysis revealed that there were 862 amino acid residues encoded by the gp-1 mRNA of 2729 nucleotides. It was also found that most regulatory and catalytic domains were similar to those in other glycogen phosphorylases. One intron of 139 bp was verified beginning after the 40th amino acid codon. The transcriptional start site was determined at 134 nucleotides upstream of the ATG initiation codon. Gel retardation assays demonstrated that there were at least two nuclear DNA binding proteins from vegetative amoebae (V 1 and V2 factors) and two from developing cells (D 1 and D2 factors). Experiments with a luciferase reporter gene suggested that a basal expression of the gp-l gene can be conferred by the 5' region containing 363 bp upstream of the ATG codon and the entire regulatory region is located at 157 to 700 bp upstream of the ATG site. It was also demonstrated that the 363 bp deletion fragment did not support cyclic AMP (cAMP) responsiveness of the gp-l gene. DNase I footprinting mapped two regions that were protected by nuclear DNA binding proteins and one of them was a palindromic sequence: CAAGTCGCTIG. / Ph. D.