Im ersten Teil dieser Studie habe ich gezeigt, dass die Chaperonaktivität von cpSRP43 für die Stabilität der drei essenziellen TBS-Proteine Glutamyl-tRNA-Reduktase (GluTR), der H-Untereinheit der Magnesium-Chelatase (CHLH) und von Genomes Uncoupled 4 (GUN4 ) wichtig ist. cpSRP43 schützt diese TBS-Proteine effizient vor hitzeinduzierter Aggregatbildung und verbessert ihre Thermostabilität während eines Hitzeschocks. Während die substratbindende Domäne (SBD) von cpSRP43 für die Interaktion mit LHCPs ausreicht, erfordert die Stabilisierung der TBS-Proteine die zusätzliche cpSRP43-Chromodomäne 2 (CD2). Es wurde überraschend gefunden, dass cpSRP54 die Chaperonaktivität von cpSRP43 für LHCPs aktiviert, während es sie für TBS-Proteine vermindern kann. Aber erhöhte Temperatur kann die Bindung von cpSRP43 mit cpSRP54 lösen, aber seine Wechselwirkung mit GluTR, CHLH und GUN4 verstärken, was zu einem verstärkten Schutz von cpSRP43 gegenüber diesen Proteinen unter Hitzeschockbedingungen führt. Im zweiten Teil dieser Studie wurde festgestellt, dass PORB (eines der drei POR Isoformen) ein weiteres Ziel von cpSRP43 ist. Zusammenfassend haben meine Studien einen möglichen Mechanismus von PORB durch konzertierte Aktionen von cpSRP43 und cpSRP54 aufgezeigt. (1) cpSRP43 wirkt als molekulares Chaperon, um PORB vor der Aggregation zu schützen, wodurch die Stabilität des PORB bewahrt wird. (2) cpSRP54 kann PORB bei der Anlagerung an die Thylakoidmembran unterstützen, was vermutlich den Abbau von PORB vermeidet und die Stabilität von PORB verbessert oder den Zugang zum katalytischen Substrat ermöglicht. Zusammenfassend trägt diese Arbeit zum erweiterten Wissen über die voneinander abhängige Chaperonfunktion der beiden Proteine cpSRP43 und cpSRP54 bei der Koordination von Chlorophyllsynthese und LHCP-Biogenese bei. / In the first part of this study, I showed that the chaperone activity of cpSRP43 is essential for the stability of the three critical TBS proteins: glutamyl-tRNA reductase (GluTR), the H subunit of magnesium chelatase (CHLH), and GENOMES UNCOUPLED 4 (GUN4). cpSRP43 efficiently protects these TBS clients from heat-induced aggregation and enhances their thermostability during heat shock. Although the substrate-binding domain (SBD) of cpSRP43 is sufficient for the interaction with LHCPs, the stabilization of TBS clients requires the additional chromodomain 2 (CD2). cpSRP54, which activates the chaperone activity of cpSRP43 on LHCPs, was surprisingly found to antagonize this chaperone activity on TBS proteins. The elevated temperature alleviates the binding of cpSRP43 to cpSRP54 but enhances its interaction with GluTR, CHLH and GUN4, resulting in enhanced protection of cpSRP43 to these proteins under heat shock conditions. My study suggests a working model that the temperature sensitivity of the cpSRP43-cpSRP54 complex enables cpSRP43 to serve as an autonomous chaperone for the thermoprotection of TBS proteins. In the second part of this study, PORB (one of the three POR isoforms) was found to be a new target of cpSRP43. My study revealed a potential mechanism of PORB by concerted actions of cpSRP43 and cpSRP54: (1) cpSRP43 acts as a molecular chaperone to protect PORB from aggregation, thereby preserving the stability of PORB. (2) cpSRP54 assists PORB in attachment to the thylakoid membrane, avoids the degradation of PORB and, thus, improves the stability of PORB or enables access to the catalytic substrate. In summary, this thesis contributes to the extended knowledge about the interdependent chaperone function of cpSRP43 and cpSRP54 in coordination of Chl synthesis and LHCP biogenesis.

Die Tetrapyrrolbiosynthese (TBS) führt zu wichtigen Endprodukten wie Häm und Chlorophyll. Das gemeinsame Vorstufenmolekül aller Tetrapyrrole ist die 5-Aminolävulinsäure (ALA), die in Pflanzen über den C5-Weg aus Glutamat synthetisiert wird. Das erste spezifische Enzym der ALA-Synthese und somit auch der TBS ist die Glutamyl-tRNA Reduktase (GluTR). Sie unterliegt als Schlüsselenzym einer strengen Regulation. Aufgrund der unterschiedlichen Expression der HEMA-Gene in Arabidopsis wird ein differenzieller Beitrag der GluTR-Isoformen zu den Endprodukten der TBS vermutet. Analysen von knockout-Mutanten gaben Aufschluss darüber, inwiefern die Isoformen den Verlust des jeweils anderen kompensieren können. Die knockout-Mutante von HEMA1 zeigte einen blassgrünen Phänotyp, war nicht mehr in der Lage photoautotroph zu wachsen und demonstrierte eine essentielle Rolle der GluTR1 gegenüber GluTR2, wohingegen hema2-Mutanten einen wildtypartigen Phänotyp aufzeigten. Die Bedeutung der N-terminalen GluTR-Domäne in der posttranslationalen Regulation der ALA-Synthese wurde durch BiFC-Analysen und Komplementationsversuche aufgeklärt. BiFC-Analysen zeigten eine Interaktion der N-terminalen Domäne der GluTR1 mit Proteinen der Clp Proteasen und dem GluTR-Bindeprotein (GBP). Veränderte GluTR-Stabilitäten in gbp-Mutanten lassen eine schützende Funktion des GBP gegenüber dem Abbau des Proteins postulieren. Die Expression einer N-terminal verkürzten GluTR1 komplementierte hema1-Mutanten vollständig. Die in diesen Pflanzen und in clp-Mutanten beobachteten erhöhten GluTR1-Proteinstabilitäten im Dunkeln lassen einen Abbau der GluTR durch Clp Proteasen vermuten, bei dem der N-Terminus des Enzyms für die Substraterkennung notwendig zu sein scheint. Die Detektion von erhöhten Pchlid-Mengen als Folge der erhöhten Proteinstabilität in Linien, die die verkürzte GluTR1 exprimierten, demonstriert erstmals die Bedeutung einer kontrollierten Proteolyse der GluTR in der Regulation der ALA-Synthese. / In plants 5-aminolevulinic acid (ALA) is the common precursor of all tetrapyrrols and formed from glutamate via the C5 pathway. Glutamyl-tRNA reductase (GluTR) is the initial enzyme of ALA synthesis and thus tetrapyrrole biosynthesis (TBS). The most important control point of the TBS is the synthesis of ALA and GluTR is the key enzyme, that is tightly regulated. Due to the different expression of HEMA genes in Arabidopsis, a differential contribution to endproducts of the TBS is proposed for GluTR isoforms. Analysis of knockout mutants gave some indications of how the isoforms can compensate each other. I introduced a new knockout mutant of HEMA1 that was pale-green and not able to grow photoautotrophically, indicating that the remaining GluTR2 does not sufficiently compensate ALA synthesis for the extensive needs of chlorophyll. In contrast, hema2 mutants were wild-type-like. The function of the N-terminal region of GluTR1 in posttranslational regulation has been analyzed by BiFC analysis and complementation experiments of hema1. BiFC analysis showed an interaction of the N-terminal region of GluTR1 with the GluTR binding protein (GBP) and with proteins of the Clp proteases. Mutants of GBP revealed a decreased GluTR1 stability during the dark period, indicating a protective role of GBP against proteolysis of GluTR1 in darkness. The expression of a GluTR1 lacking the N-terminal amino acid residues successfully complemented hema1. These plants as well as clp mutants revealed an increased GluTR1 stability in darkness, suggesting a degradation of the protein through Clp proteases. Thereby, the N-terminal region of GluTR1 seems to be necessary for the recognition by Clp proteins. The observed high amount of truncated GluTR1 in transformed hema1 mutants was caused by the increased GluTR1 stability and lead to an accumulation of Pchlide in prolonged dark periods, demonstrating the importance of a controlled proteolysis of GluTR in the regulation of ALA synthesis.