Frühe Schritte der Biogenese von Peroxisomen in Säugetierzellen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Peroxisomen sind für den Menschen essentiell und spielen eine wichtige Rolle im Lipidstoffwechsel und im oxidativen Stoffwechsel. Der Ausfall aller oder einzelner peroxisomaler Funktionen führt zu schweren Erkrankungen, wie dem Zellweger Syndrom oder der xchromosomal vererbten Adrenoleukodysthrophie. Wir haben uns in diesem Projekt zunächst dem Problem der Neubildung von Peroxisomen in Zellen, die aufgrund von Mutationen keine Peroxisomen beherbergen, gewidmet. Der zweite Aspekt unsere Arbeit bezieht sich auf die beiden AAA-Proteine PEX1 und PEX6, die unter anderem an den letzten Schritten des Imports von Matrixproteinen in die Peroxisomen beteiligt sind. Peroxisomen können in Zellen, die einen Defekt in den Peroxinen PEX3, PEX16 und PEX19 aufweisen, nach transienter Transfektion der entsprechenden Gene, neu gebildet werden. Nach ungefähr 24 Stunden treten sogenannte präperoxisomale Vesikel auf, die die beiden frühen Peroxine PEX16 und PEX3 enthalten, aber noch keine weiteren peroxisomalen Membran- oder Matrixproteine. Für die Entstehung dieser Vesikel sind die drei Peroxine PEX3, PEX16 und PEX19 essentiell. Diese Vesikel können sich noch nicht am Cytosklett fortbewegen und zeigen keinerlei Kolokalisation mit COP1 oder COPll Vesikeln. Andere Organellen oder Endomembranen scheinen ebenfalls nicht gleichzeitig angefärbt zu werden. Diese präperoxisomalen Vesikel wachsen nach 1-2 Tagen zu tubulären Strukturen heran, die erst Membranproteine, sodann auch Matrixproteine reifer Peroxisomen besitzen und am Cytosklett transportiert werden können. Unser jetziges Modell geht davon aus, dass Peroxisomen bei Bedarf neugebildet werden können, sich aber hauptsächlich durch Wachstum und Teilung vermehren. Während die Phospholipide wahrscheinlich aus dem ER importiert werden können, ist die Frage, ob PEX3 und PEX16 nur oder teilweise über das ER in die Präperoxisomen gelangen, nicht zu beantworten. Uns scheint ein vesikulärer Transport aufgrund jeglicher fehlender Maschinerie eher unwahrscheinlich, ein nichtvesikulärer Transport kann im Moment nicht ausgeschlossen werden. Auch eine detaillierte Analyse der Interaktionen der beiden AAA-Proteine PEX1 und PEX6 ergab keine Hinweise auf eine Notwendigkeit von Vesikelfusionen für die Biogenese der Peroxisomen. Allerdings ergaben sich interessante Interaktionen zum Cytoskelett, mit Motorproteinen und mit dem Ubiquitinsystem. Dabei konnte das für die Monoubiquitierung von PEX5 benötigte Ubiquitin-konjugierende Enzym (E2D2) identifiziert werde. Komplexisolierungen mittels „Tandem Affinity Purification" von PEX6 ergaben einen ca. 2 MDa großen Komplex von PEX6 und PEX1. Dabei liegen diese Proteine wahrscheinlich als Hexamere vor und haben noch weitere Proteine gebunden. Die Analyse der Interaktionspartner ergab auch hier Verbindungen zum Cytosklett. Die Funktion dieser beiden Proteine, besonders im Export von PEX5, wird nun nach Expression und Reinigung beider Proteine in Insektenzellen weiter untersucht.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- (2003) Interaction of PEX3 and PEX19 visualized by fluorescence resonance energy transfer (FRET). Adv Exp Med Biol., 544, 221-4
Muntau AC, Roscher AA, Kunau WH, Dodt G
- (2003) Modeling human peroxisome biogenesis disorders in the nematode Caenorhabditis elegans. J. Cell Sci. 116, 1797-804
Thieringer H, Moellers B, Dodt G, Kunau WH, Driscoll M
- (2003) Study of mutant proteins with folding defects in cultured patient cells. Methods Mol Biol. 232, 165-73
Dodt G, Walter C
- (2003) The interaction between human PEX3 and PEX19 characterized by fluorescence resonance energy transfer (FRET) analysis. Eur. J. Cell Biol. 82(7), 333-42
Muntau AC, Roscher AA, Kunau WH, Dodt G
- (2006) Peroxisome biogenesis disorders. Biochim. Biophys. Acta 1763(12), 1733-48
Steinberg SJ, Dodt G, Raymond GV, Bravermann NE, Moser AB, Moser H
