Regulatoren und Substrate der Hefecaspase Yca1p
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Der einzellige Eukaryont Hefe hat sich aufgrund seiner hervorragenden genetischen Traktabilität zu einem wichtigen Modellsystem für die Zelltodregulation entwickelt. Caspasen und Sauerstoffstress sind wichtige Exekutoren des Zelltodes. In diesem Projekt konnten einige konträr diskutierte Aspekte der Sauerstoffstress-induzierten Caspase-abhängigen und -unabhängigen Zelltodmechanimen durch Studien an Hefe aufgeklärt werden: 1. Es wurde gezeigt, dass Hefe unter natürlichen Bedingungen caspaseabhängige Akkumulation von Sauerstoffstress und Zelltod zeigt, wenn z.B. die Nahrungsressourcen der Gesamtkultur zur Neige gehen. Durch Selbstmord eines Teiles der Kultur (ältere Zellen) wird in darwinistischer Selektion das Überleben der Gesamtkultur bei schwindenden Nahrungsressourcen gesichert, da die jüngeren Zellen in eine Art Ruhezustand („Quieszenz“) gehen und somit überleben. Apoptose trägt also zur Fitness der Zellpopulation durch Eliminierung schwacher Individuen bei. Daher stellt sie einen Selektionsvorteil dar. 2. Durch die Bildung niedermolekularer Proteine mit antimykotischem Potential verschaffen Hefen sich in ihrem natürlichen Umfeld Wachstumsvorteile gegenüber anderen Hefen oder Pilzen. Die chemische Kriegsführung zwischen verschiedenen Hefestämmen wird mit dem Begriff „Killerphänotyp“ bezeichnet und beruht auf der Sekretion niedermolekularer, extrazellulärer Proteine, welche sensitive Hefen derselben oder anderer Gattungen ohne direkten Zellkontakt abtöten. Wir konnten zeigen, dass ein Hefestamm durch Exposition geringer Dosen von Killertoxinen (K1, K28 und Zygocin) apoptotisch stirbt, während hohe Dosen Nekrose auslösen. Die Hefecaspase Yca1 ist notwendig für den Killertoxininduzierten Zelltod. 3. Endonuclease G sowie Apoptosis-inducing factor (AIF) sind potentielle Exekutoren der caspaseunabhängigen Säugerapoptose. Trotz seiner Bedeutung während des neuronalen Zelltodes ist der Signalweg des caspaseunabhängigen Zelltodes wenig charakterisiert. Wir konnten zeigen, dass sowohl die Disruption des Hefe- AIF Orthologs (Aif1p) als auch des EndoG Orthologs (Nuc1p) vor caspaseunabhängigem, sauerstoffstressvermitteltem Zelltod schützt. Hierfür wird sowohl in Säuger- als auch in Hefezellen Cyclophilin A benötigt. Wir konnten weiter zeigen, dass Nuc1p Zellen über einen caspaseunabhängigen Weg tötet, welcher funktionelle Mitochondrien, Komponenten der sogenannten Permeabilty transition Pore, ein Karyopherin sowie Histon2B als essentielle Komponenten benötigt. 4. Wir haben anhand von Westernblotanalysen die 3-Phosphoglyceratkinase als putatives Metacaspasesubstrat entdeckt. Weiterführende Experimente wie Mutationen der putativen Schnittstellen, in vivo Studien und eine Two-Hybrid Untersuchung sind geplant, um bestätigen zu können, dass es sich bei der Pgk1 um ein natürliches Yca1 Substrat handelt.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Madeo F, Herker E, Wissing S, Jungwirth H, Eisenberg T, Fröhlich KU
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