Chemically mediated plankton interactions : Prevalence, uptake, and targets of polyunsaturated aldehydes

Wolfram, Stefanie GND

Diatoms are key players in the aquatic ecosystem as they significantly contribute to photosynthetic carbon assimilation and transfer of energy to higher trophic levels. Some of these single celled algae produce polyunsaturated aldehydes (PUAs), which are derived from enzymatic oxidation of fatty acids. These aldehydes are known to inter¬fere with the reproduction of their predators and have been suggested to act as info- and allelochemicals. Compared to the biological functions of PUAs, their mechanisms of action have been less investigated. Here, I present PUA quantification data for plankton communities and provide experimen¬tal results for an enhanced mechanistic understanding of these oxylipins. To perform the studies, I estab¬lished fluorescent probes according to the activity-based protein profiling (ABPP) strategy on the basis of PUAs and bioinactive saturated aldehydes. I developed key methodological approaches (feeding and two-step incubation protocols, procedures for fluoescence microscopy) and a novel probe reporter that is a useful and universal tool in chemical biology. Uptake studies showed that the PUA-derived probe entered algal cells and accumulated in the gonads of a predator. Moreover, investigation of targets based on covalent reactions with PUAs revealed several labeled proteins in a diatom. This first proteomic approach suggests that key metabolic pathways are affected by PUAs.

Diatomeen nehmen in aquatischen Ökosystemen eine Schlüssel¬rolle ein, da sie be¬deu¬tend zur Kohlenstoffassimilation durch Photosynthese und zum Energie¬transfer zu höheren trophischen Stufen beitragen. Einige dieser einzelligen Algen produzieren poly¬unge¬sättigte Aldehyde (PUA), die durch die enzymatische Oxidation von Fettsäuren ent¬stehen. Diese Aldehyde beeinträchtigen die Reproduktion ihrer Fraßfeinde und wirken mögli¬cher¬weise als Info- und Allelochemikalien. Verglichen mit den biologischen Wirkungen der PUA sind ihre Wirkmechanismen weniger unter¬sucht worden. In dieser Arbeit habe ich PUA in Planktongemeinschaften quantifiziert und stelle ex¬peri¬mentelle Ergebnisse für ein verbessertes mechanistisches Verständnis dieser Oxylipine vor. Für die Untersuchungen etablierte ich fluoreszierende Sonden nach der aktivitätsbasierten Protein-Pro¬filing (ABPP)-Strategie auf Basis eines PUA und eines bioinaktiven gesättigten Alde¬hyds. Außerdem entwickelte ich zentrale methodische Ansätze (Fütterungs- und zweistu-fige Inku¬bationsprotokolle, Abläufe für die Fluoreszenzmikroskopie) und einen neuartigen Reporter für Sonden, der ein hilfreiches und universelles Instrument in der chemischen Biologie darstellt. Die PUA-abgeleitete Sonde wurden in Algenzellen aufgenommen und reicherte sich in den Gonaden eines Fraßfeindes an. Die Untersuchung von Targets auf Basis kovalenter Reaktionen mit PUA ergab zudem ver¬schiedene markierte Proteine in einer Diatomee. Dieser erste proteomische Ansatz weist darauf hin, dass wichtige Stoffwechselvorgänge durch PUA beein¬flusst werden.

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Wolfram, Stefanie: Chemically mediated plankton interactions. Prevalence, uptake, and targets of polyunsaturated aldehydes. Jena 2017.

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