German Title: Die Nα-Acetyltransferase NAA50 reguliert Fruchtbarkeit und Stressantworten in Arabidopsis thaliana

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Abstract

Even though Nα-terminal acetylation (NTA) is conserved throughout the three domains of life, knowledge about its biological function remains limited. In Arabidopsis thaliana, NTA affects up to 80 % of all soluble cytosolic proteins and is catalyzed by a set of Nα-terminal acetyltransferases (NatA-G). AtNatA is the major Nat complex and targets approximately 40 % of the plant proteome. The core AtNatA complex consists of the catalytic subunit AtNAA10 and the ribosome-binding subunit AtNAA15. In humans, this complex associates with the regulatory subunits HsNAA50 and HsHYPK to form the quaternary HsNatA/E complex. Recently, homologs of NAA50 (AT5G11340) and HYPK (AT3G06610) were identified in A. thaliana. While AtHYPK is tethered to the core AtNatA complex and modulates its activity, the interaction of AtNAA50 with AtNatA is still controversially discussed.

This work provides evidence for the association of AtNAA50 with the core AtNatA components and the ribosome. AtNAA50 was found in the proximity of AtNAA10, AtNAA15 and AtHYPK in vivo. Co-immunoprecipitation experiments independently confirmed these findings and suggested novel potential binding partners of AtNAA50.

Unlike AtHYPK, AtNAA50 did not modulate AtNatA activity. This was evidenced by the absence of significant shifts in the NTA yield of known NatA substrates in NAA50-depleted mutants. In line with this finding, the depletion of AtNAA50 did not impact NatA-mediated proteome stability, either. Nevertheless, AtNAA50 seemed to exert a critical NatA-independent biological function since its knockout resulted in severe growth retardation and infertility.

The generation of aminaa50 knockdown mutants revealed that minimal amounts of AtNAA50 were sufficient to ensure proper plant growth. Global transcriptome and proteome analyses of the mutants showed that the depletion of AtNAA50 caused a constitutive upregulation of the plant defense response against pathogens. In line with this finding, aminaa50 plants were resistant to the bacterium Pseudomonas syringae. However, the abundance of phytohormones that usually trigger this resistance was not increased in aminaa50. Apart from its role in vegetative growth and the regulation of plant defense, complementation studies suggested that NAA50 was required for pollen formation.

In summary, this thesis demonstrates that even though AtNAA50 interacted with the core AtNatA complex, it executed functions beyond regulating AtNatA activity.

Translation of abstract (German)

Obwohl die Nα-terminale Acetylierung (NTA) in allen drei Domänen des Lebens konserviert ist, ist das Wissen um ihre biologische Funktion begrenzt. In Arabidopsis thaliana betrifft die NTA bis zu 80 % der löslichen zytosolischen Proteine und wird von Nα-terminalen Acetyltransferasen (NatA-G) katalysiert. AtNatA, der wichtigste Nat-Komplex, acetyliert etwa 40 % des pflanzlichen Proteoms. Der AtNatA-Kernkomplex besteht aus der katalytischen Untereinheit AtNAA10 und der Ribosomen-bindenden Untereinheit AtNAA15. Im Menschen bindet NatA an die regulatorischen Untereinheiten HsNAA50 und HsHYPK und bildet so den quaternären HsNatA/E-Komplex. Kürzlich wurden Homologe von NAA50 (AT5G11340) und HYPK (AT3G06610) in A. thaliana identifiziert. Wahrend HYPK an den AtNatA-Kernkomplex gebunden ist und dessen Aktivitat moduliert, wird die Interaktion von AtNAA50 mit AtNatA kontrovers diskutiert.

Diese Arbeit liefert Hinweise auf eine Verbindung von AtNAA50 mit dem Ribosom und den AtNatA Kernkomponenten. AtNAA50 wurde in vivo in der Nahe von AtNAA10, AtNAA15 und AtHYPK gefunden. Ein Immunoprazipitationsexperiment bestätigte diesen Befund unabhängig und ließ auf neue potenzielle Bindungspartner von AtNAA50 schließen.

Im Gegensatz zu HYPK modulierte AtNAA50 die NatA-Aktivitat nicht. Dies wurde durch die Abwesenheit größerer Verschiebungen in der NTA-Ausbeute bekannter NatA-Substrate in naa50 Mutanten belegt. In Übereinstimmung mit diesem Ergebnis hatte die Abreicherung von AtNAA50 keinen Einfluss auf die NatA-vermittelte Proteomstabilität. Dennoch scheint AtNAA50 eine wichtige NatA-unabhangige Funktion auszüben, da der Verlust von AtNAA50 zu einer schweren Wachstumsverzögerung und Unfruchtbarkeit führte. Die Erzeugung von aminaa50 Knockdown-Mutanten zeigte, dass minimale Mengen von AtNAA50 ausreichten, um ein normales Pflanzenwachstum zu gewährleisten. Globale Transkriptom- und Proteomanalysen belegten eine konstitutive Aktivierung der pflanzlichen Pathogenabwehr in aminaa50. Im Einklang mit diesem Ergebnis waren die Pflanzen resistent gegenüber dem Bakterium Pseudomonas syringae. Die Abundanz von Hormonen, die diese Resistenz häufig auslösen, war in den Mutanten jedoch nicht erhöht. Abgesehen von seiner Rolle beim vegetativen Wachstum und der Regulierung der Pflanzenabwehr legen Komplementationsstudien nahe, dass AtNAA50 für die Pollenbildung erforderlich ist.

Zusammenfassend belegt diese Arbeit, dass AtNAA50 zwar mit dem AtNatA-Komplex interagiert, aber auch NatA-unabhängige Funktionen ausübt.