velikost textu

Molecular and cellular aspects of programmed cell death in response to genotoxics in plants

Upozornění: Informace získané z popisných dat či souborů uložených v Repozitáři závěrečných prací nemohou být použity k výdělečným účelům nebo vydávány za studijní, vědeckou nebo jinou tvůrčí činnost jiné osoby než autora.
Název:
Molecular and cellular aspects of programmed cell death in response to genotoxics in plants
Název v češtině:
Programová buněčná smrt během poškození DNA u rostlin-charakterizace na molekulární a buněčné úrovni
Typ:
Disertační práce
Autor:
Mgr. Ondřej Smetana, Ph.D.
Školitel:
prof. RNDr. Zdeněk Opatrný, CSc.
Oponenti:
Prof. RNDr. Ladislav Havel, CSc.
Jean-Philippe Reichheld
Id práce:
83229
Fakulta:
Přírodovědecká fakulta (PřF)
Pracoviště:
Katedra experimentální biologie rostlin (31-130)
Program studia:
Anatomie a fyziologie rostlin (P1524)
Obor studia:
-
Přidělovaný titul:
Ph.D.
Datum obhajoby:
30. 9. 2010
Výsledek obhajoby:
Prospěl/a
Jazyk práce:
Angličtina
Abstrakt:
Abstrakt Programovaná buněčná smrt (PCD) je důležitý mechanizmus, se kterým se u mnohobuněčných živočichů setkáváme nejen během vývoje a morfogeneze, ale i během jejich interakce s prostředím. PCD je přesně regulovaný proces, který je navíc evolučně velmi konzervovaný. Jedním z nejlépe popsaných typů PCD je apoptóza u živočichů, která se vyznačuje smrštěním cytoplasmy, specifickým štěpením DNA a tvorbou apoptotických tělísek, které jsou nakonec pohlceny okolními buňkami. U rostlin se však díky specifické stavbě rostlinné buňky setkáváme s PBS autofagyckého typu. PCD může být spuštěna během nepříznivých podmínek okolního prostředí, zejména během přetrvávajícího poškození DNA v podobě dvouřetězcových zlomů (DSBs) molekuly DNA. U savců spuštění PCD navozené DSBs molekuly DNA vyžaduje aktivitu kinázy ATM a dalších proteinů jako například E2F a p53. Stabilizace p53 má za následek zastavení buněčného cyklu v kontrolním bodu G1/S zatímco E2F transkripční faktor spustí apoptózu aktivací PCD specifických genů, například kaspáz. Bylo popsáno, že E2F může navodit buněčnou smrt i během pouhé overexprese. Navzdory vysoké konzervovanosti signálních drah PCD u eukaryot, některé regulátory PCD (např. kaspázy nebo p53) nebyly dosud u rostlin identifikovány, proto toho o signalizaci rostlinné PCD moc nevíme. Výjimkou je E2F transkripční faktor, který byl nalezen jak u rostlin tak živočichů ale jeho role během rostlinné PCD zatím nebyla popsána. Hlavním cílem mé dizertační práce bylo vysvětlit, jakým způsobem je kontrolována PCD navozena DSB poškozením DNA ve dvou různých modelových organismech. Prvním modelem byla suspenzní kultura nediferencovaných buněk tabáku BY-2 a druhým kořen Arabidopsis, který je naopak dobře prostudovaným souborem diferencovaných buněk. Navození DSB v buňkách BY-2 pomocí genotoxika bleomycinu (BLM) vedlo k zastavení buněčného dělení, aktivaci kontrolního bodu G2/M, aktivaci genů spojených s ROS i PCD a nakonec k prasknutí vakuoly, což je typický znak autofagické PCD. Dále jsme ukázali, že pozitivní regulace PCD pomocí E2F pozorovaná u živočichů u rostlin s vysokou pravděpodobností neexistuje. Naopak, v závislosti na použité koncentraci BLM a tudíž rozsahu poškození DNA overexprese E2F buď inhibovala buněčnou smrt anebo zvyšovala tzv. nestabilitu genomu díky narušení kontrolního bodu G2/M. Po ovlivnění rostlin Arabidopsis BLM jsme kromě indukce PCD detekovali značný nárůst buněk s endoreduplikovanou DNA. Na základě našich výsledků jsme navrhli model buněčné odpovědi na DSB, která značně závisí na koncentraci aplikovaných genotoxik. Předpokládáme důležitou úlohu pro rostliny specifických proteinů - tzv. Vacuolar processing enzymes a také transkripčního faktoru SOG1. Dále jsme ukázali, že zatímco PCD je přímým důsledkem poškození DNA, endoreduplikace je pouze důsledkem buněčné smrti v kořenovém meristému Arabidopsis. Poškození DNA vede k rozdílným reakcím rostlinných a živočišných buněk což je zřejmě způsobeno jejich rozdílnými životními strategiemi.
Abstract v angličtině:
Abstract In multicellular organisms, programmed cell death (PCD) is an essential mechanism during development, morphogenesis and during the interaction with the environment. The regulation of PCD is highly regulated and conserved throughout the evolution. Animal apoptosis is the best described PCD type which is characterized by the condensation of cytoplasm, specific DNA fragmentation and the formation of apoptotic bodies which are finally engulfed by neighboring cells. Due to the structural specificities of plant cells, plant PCD exhibits rather autophagic character. In mammals, DSBs-induced PCD is mainly governed by ATM kinase. This response also involves downstream ATM effectors like p53 and E2F factors. P53 stabilization leads to the cell cycle arrest in G1/S whereas E2F can promote apoptosis by activating PCD-related genes including caspases. PCD could be induced also by E2F ectopic expression. In spite of a conservation of PCD signaling among Eukaryotes, number of animal PCD regulators was not identified in plants (caspases, p53), thus in plants the PCD response induced by DSBs is still poorly understood. On the contrary, E2F transcriptional factor is conserved between animals and plants but its role during plant PCD was not evaluated till now. The main goal of my thesis was to characterize the PCD in response to DNA damage induced by DBSs in two models: unicellular non differentiated system of tobacco BY-2 cell suspension and Arabidopsis roots, a well defined multicellular structure. BY-2 cell treatment with a DSB inducer bleomycin led to rapid cell cycle arrest in G2/M, transcriptional activation of ROS- and PCD-related genes, disintegration of vacuole and subsequent autophagic PCD. We have demonstrated that the pro-death E2F function observed in animals is lost in plants. In addition E2F deregulation led to PCD inhibition or to increased genomic instability through a bypass of the G2/M checkpoint depending on dose of BLM. In Arabidopsis, DBSs induced not only PCD but also endoreduplication specific for surviving tissues. According to our results, we propose a model of DSB response which strongly depends on genotoxic concentration. We suggest a distinct role of vacuolar processing enzymes (VPEs) and the factor SOG1 which are plant specific. Whereas PCD seems to be a direct effect of DSB sensed through ATM signaling, endoreduplication is only indirect developmental consequence of cell death in Arabidopsis meristem. Taking our results together we demonstrate plant specificities of DNA damage induced PCD probably coming from the different living strategies between animals and plants.
Dokumenty
Stáhnout Dokument Autor Typ Velikost
Stáhnout Text práce Mgr. Ondřej Smetana, Ph.D. 22.59 MB
Stáhnout Abstrakt v českém jazyce Mgr. Ondřej Smetana, Ph.D. 55 kB
Stáhnout Abstrakt anglicky Mgr. Ondřej Smetana, Ph.D. 7 kB
Stáhnout Posudek vedoucího prof. RNDr. Zdeněk Opatrný, CSc. 96 kB
Stáhnout Posudek oponenta Prof. RNDr. Ladislav Havel, CSc. 73 kB
Stáhnout Posudek oponenta Jean-Philippe Reichheld 606 kB
Stáhnout Záznam o průběhu obhajoby Magdalena Čuříková 1.29 MB