Plasmodium falciparum: Rekonstitution von Nukleosomen und die Analyse der Dynamik und Struktur

Item type:	Thesis of the University of Regensburg (PhD)
Open Access Type:	Primary Publication
Date:	January 2015
Referee:	Prof. Dr. Gernot Längst
Date of exam:	17 March 2014
Institutions:	Biology, Preclinical Medicine > Institut für Biochemie, Genetik und Mikrobiologie
Keywords:	Chromatin, Chromatindynamik, Plasmodium falciparum, Histon, Nukleosom, Remodeling
Dewey Decimal Classification:	500 Science > 500 Natural sciences & mathematics 600 Technology > 610 Medical sciences Medicine
Status:	Published
Refereed:	Yes, this version has been refereed
Created at the University of Regensburg:	Yes
Item ID:	29696

Abstract (German)

Die DNA-Organisation des einzelligen Parasiten Plasmodium falciparum zeichnet sich, wie bei anderen eukaryotischen Organismen, durch die Assoziation der DNA mit den vier Histonproteinen H2A, H2B, H3 und H4 und der Ausbildung von Nukleosomen als Grundeinheit des Chromatins aus. Der außerordentlich komplexe Lebenszyklus des Parasiten unterstreicht die Wichtigkeit einer dynamischen Genregulation, ...

Abstract (German)

Die DNA-Organisation des einzelligen Parasiten Plasmodium falciparum zeichnet sich, wie bei anderen eukaryotischen Organismen, durch die Assoziation der DNA mit den vier Histonproteinen H2A, H2B, H3 und H4 und der Ausbildung von Nukleosomen als Grundeinheit des Chromatins aus. Der außerordentlich komplexe Lebenszyklus des Parasiten unterstreicht die Wichtigkeit einer dynamischen Genregulation, verbunden mit der Umstrukturierung des Chromatins. Dieser Prozess erfolgt über Chromatin-Remodeling-Enzyme, die, durch die Hydrolyse von ATP, die Position der Nukleosomen auf der DNA verändern.
Interessanterweise besteht die Erbinformation bei Plasmodium falciparum zu 80,6 % aus den Basen Adenin und Thymin, was einem relativ großer Anteil gleichkommt. Und auch im Hinblick auf die DNA-Sequenz der generell stark konservierten Histonproteine lassen sich nur Übereinstimmungen von 59 % (H2B) bis 92 % (H4) ausmachen, die Chromatin Remodeling Maschinen zeigen eine noch geringere Übereinstimmung. Wir exprimierten Plasmodium falciparum Histone und rekonstituierten Nukleosomen um diese auf ihre Dynamik, Positionierung und Stabilität hin zu untersuchen. Zusammenfassend ließen sich eine ähnliche Dynamik humaner und Plasmodium falciparum Nukleosomen feststellen, jedoch wesentliche Unterschiede bezüglich der Nukleosomen-Stabilität und -Positionierung. Dies ist möglicherweise auf die Besonderheiten des AT-reichen Genoms bzw. den komplexen Lebenszyklus von Plasmodium falciparum zurückzuführen.

Translation of the abstract (English)

The DNA of the Apicomplexan parasite Plasmodium falciparum, like any other eukaryotic DNA, is highly compacted by their association with the histone proteins H2A, H2B, H3 and H4 to form chromatin, the physiological template for all DNA dependent processes, like transcription, DNA replication, recombination and repair. The complex life cycle of Plasmodium requires a changing gene expression ...

Translation of the abstract (English)

The DNA of the Apicomplexan parasite Plasmodium falciparum, like any other eukaryotic DNA, is highly compacted by their association with the histone proteins H2A, H2B, H3 and H4 to form chromatin, the physiological template for all DNA dependent processes, like transcription, DNA replication, recombination and repair. The complex life cycle of Plasmodium requires a changing gene expression program and continuous reorganization of the chromatin structure. This is achieved by chromatin remodeling ATPases, converting the hydrolysis of ATP to nucleosome movement.
Comparing the human and the Plasmodium genome reveals a high divergence concerning chromatin related proteins, remodeling machines and the high AT-content (80,6 %) of the Plasmodium genome. Histone proteins belong to the most conserved proteins in eukaryotes, therefore it is interesting to note that Plasmodium histones only show pairwise identities of 59 % (H2B) to 92 % (H4) with the human homologues and chromatin remodeling enzymes are much more distantly related. We expressed the histones to study the dynamics and structure of the Plasmodium falciparum nucleosomes. In summary we found a similar translocation of human and Plasmodium nucleosomes by different chromatin remodeling enzymes, but Plasmodium nucleosomes were less stable and showed position differences on DNA fragments in comparison to human octamers. This might be attributed to the high AT-content of the genome or the parasites complex life cycle.

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