Die Mechanismen der Glucose-induzierten Katabolitdegradation in der Hefe Saccharomyces cerevisiae

• Antragsteller: Professor Dr. Dieter H. Wolf
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 235347673

Neben seiner essentiellen Rolle im Energie-und Baustoffstoffwechsel ist der Zucker Glucose ein zentraler Signalgeber in Zellen. Er beeinflusst das gesamte Stoffwechselgeschehen in der Zelle bis hin zum Ablauf des Zellteilungszyklus. Die Folgen eines gestörten Glucose Stoffwechsels im Menschen werden eindrücklich durch die Volkskrankheit Diabetes demonstriert. Neben der Regulation von Transkription und Translation induziert die Glucose die Aktivierung und Inaktivierung sowie vor allem auch den Abbau von Enzymen. In dem beantragten Projekt wird mit Hilfe des eukaryonten Modellorganismus Hefe die Regulation der beiden zentralen gegenläufigen Stoffwechselwege, Glykolyse und Gluconeogenese, durch Glucose als Signalgeber studiert. Im Zentrum der Untersuchungen steht die Aufklärung des signalvermittelten Abbaus der drei Schlüsselenzyme der Gluconeogenese, Fructose-1,6-bisphosphatase, Phosphoenolpyruvat Carboxykinase und cytoplasmatische Malatdehydrogenase, durch zwei verschiedene Abbauwege: das Ubiquitin Proteasom System und die Vakuole (Lysosom). Glucose Gabe zu Zellen, die bis zu 24 Stunden auf einer gluconeogenetischen Kohlenstoffquelle wuchsen, triggert einen Signalweg, der den Abbau der drei Enzyme über das Ubiquitin Proteasom System induziert. Spezifisch für diesen Weg ist ein RING E3 Ligase Komplex, der Gid Komplex, der die gluconeogenetischen Enzyme ubiquitiniert und ihren Abbau einleitet. Das Glucosesignal induziert die schnelle Synthese einer der Untereinheiten, Gid4, das durch Bindung an den Kernkomplex dessen Aktivität triggert. Während der Antragsperiode soll sowohl die vollständige Signalkaskade, die den Abbau der Enzyme durch Gid4 einleitet, als auch dessen eigene Regulation durch Proteolyse untersucht werden. Desweiteren sollen die mechanistischen Ereignisse am Gid Ubiquitin Ligase Komplex, die zur Polyubiquitinierung der Enzyme führen, aufgeklärt werden. Glucose Gabe zu Zellen, die hingegen 48-72 Stunden auf einer nicht fermentierbaren Kohlenstoffquelle wuchsen und sich in der stationären Phase befinden, leitet den Abbau der gluconeogenetischen Enzyme in der Vakuole ein. In dieser Wachstumsphase wird offenbar in den Zellen ein Schalter betätigt, der den Ubiquitin Proteasom getriggerten Abbau der Enzyme in einen vakuolären Abbau überführt. Erste Hinweise lassen vermuten, dass auch hierbei der Gid Ubiquitin Ligase Komplex eine zentrale Rolle spielt und es sich um einen autophagozytotischen Mechanismus handelt. Es soll geklärt werden, wie - abhängig von den Wachstumsbedingungen - der Trigger Glucose zwei völlig unterschiedliche Abbauwege der Enzyme induzieren kann.Die Studien sollen nicht nur zu einem besseren Verständnis der Glucose induzierten Regulation der großen gegenläufigen Kohlenhydratstoffwechselwege Glykolyse und Gluconeogenese führen, sondern prinzipiell Licht in die signalvermittelte Proteolyse der gluconeogenetischen Enzyme durch zwei völlig verschiedene Degradationssysteme, das Proteasom und die Vakuole, bringen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen