Analyse der molekularen Funktion von Sterolen in der Membranfusion

• Antragsteller: Dr. Max Emanuel Harner
• Fachliche Zuordnung: Biochemie
• Förderung: Förderung in 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 342574620

Fusion von Membranen ist essentiell für das Zellwachstum, die Funktionalität von Organellen sowie für die Sekretion von Hormonen und Neurotransmittern. Für Membranfusion werden sowohl spezifische Proteine als auch Lipide, Sterole eingeschossen, benötigt. Diese sind von Hefe bis zum Menschen konserviert. Während die Rolle von Proteinen im Fusionsprozess bereits eingehend untersucht wurde, ist über die Funktion der beteiligten Lipide wenig bekannt. Die Fusion von Vakuolen, dem Hefe-Äquivalent der Lysosomen, wurde sowohl in vivo mit Hilfe von genetischen Methoden, als auch in vitro mittels Analyse von Fusion von isolierten Vakuolen umfassend analysiert. Dadurch konnte gezeigt werden, dass Sterole essentiell für die Fusion von Vakuolen sind, in vivo und bei Verwendung von isolierten Organellen. Zudem werden Sterole für die Fusion von Peroxisomen, von Plasmamembranen wie auch für die Fusion von exocytotischen Vesikeln benötigt. Dies erklärt wieso Sterole in allen Membranen der Zelle präsent sind. Die Komplexität der chemischen Zusammensetzung der verschiedenen Organellen machte bislang Untersuchungen, wie Sterole den Fusionsprozess unterstützen, unmöglich. Kürzlich konnte in Professor Wickners Arbeitsgruppe die Rekonstitution von Membranfusion erreicht werden, in der alle dreizehn Proteine und acht Lipide, die auch in vivo essentiell sind, benötigt werden. Erstmals sind nun Sterole in einem rekonstituierten System nötig. Dies ist in zweierlei Hinsicht eine einmalige Gelegenheit die Funktion von Sterolen im Fusionsprozess zu entschlüsseln: 1. In diesem System kann der Membrananteil von Sterolen nach Belieben variiert und kontrolliert werden. Die Bildung der Proteoliposomen kann mit und ohne Sterole erfolgen und überdies kann der Gehalt an Sterolen nachträglich mit Hilfe von Methyl-beta-Cyclodextrin reguliert werden. 2. In Professor Wickners Gruppe sind schnelle und quantitative Methoden zur spezifischen Analyse der einzelnen Schritte der Membranfusion bestens etabliert. Um fest zu stellen, für welche Schritte Sterole gebraucht werden, werde ich diese Methoden mit streng kontrollierten Mengen an Sterolen durchführen. Diese Ergebnisse werden zu einem generellen Verständnis der Rolle von Sterolen in der Membranfusion führen. Für mich wird das Studium dieses reduktionistischen Ansatzes von großer Bedeutung für die zukünftige Konzeption der biochemischen Analyse der Fusion der mitochondrialen Membranen sein.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Dr. William T. Wickner