Molekularbiologische Analyse der Wirkungs- und Immunitätsmechanismen der viralen Killertoxine K1 und K28 der Hefe Saccharomyces cerevisiae
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Ziel des DFG-geförderten Forschungsprojektes bestand in der molekularen und mechanistischen Aufklärung der letalen Effekte sowie der protektiven Immunität der viralen Killertoxine Kl und K28 der Hefe Saccharomyces cerevisiae. Der Schwerpunkt der ersten Förderperiode (2003-2004) galt der Analyse des Immunitätsmechanismus sowie der Herstellung biologisch aktiver K28-Toxinderivate zur detaillierten Untersuchung der Letaleffekte sowie zur Identifizierung zellulärer Interaktionspartner. Aufbauend auf den erzielten Ergebnissen wurde in der zweiten Förderphase (2005- 2006) der Letalitätsmechanismus von K28 weitgehend aufgeklärt, so dass im Weiteren der Fokus auf die Mechanismen der endozytotischen Aufnahme, des retrograden Transports sowie der Identifizierung zellulärer Interaktionspartner von K28 gelegt wurde. Im Rahmen der DFG-Förderung ist es gelungen, den molekularen Mechanismus der schützenden Toxin-Immunität gegen K28 vollständig aufzuklären und damit eine für Jahrzehnte völlig offene Frage zu beantworten [Breinig et al. (2006). PNAS 103, 3810-15]. Am Beispiel von K28 ist es in der letzten Förderphase (2007- 2009) zudem gelungen, den zellulären HDEL-Rezeptor Erd2p in der Plasmamembran zu kolokalisieren und in seiner membranständigen Form als essentiellen Rezeptor für die endozytische Aufnahme sowie für den retrograden Toxintransport zu identifizieren. Die Untersuchungen zur rezeptorvermittelten Toxininternalisierung konnten ferner K28 als bislang erstes und einziges Substrat/Cargo identifizieren, dessen endozytotische Aufnahme über den AP2-Komplex erfolgt. Während AP2 im Säuger bei der Endozytose von Cargo-Proteinen eine zentrale Rolle spielt indem es die Bildung Clathrin-umhüllter Vesikel einleitet, war die Funktion des AP2-Komplexes in Hefe bis dato völlig unbekannt Insgesamt konnten im Rahmen des Projektes nicht nur wichtige Erkenntnisse zur rezeptorvermittelten Endozytose und zum retrograden Proteintransport erzielt werden, es Ist auch erstmals gelungen, eine Plasmamembran- Kolokalisation des zellulären HDEL-Rezeptors Erd2p nachzuweisen. Diese Erkenntnis ist ein ebenso wichtiger wie zellbiologisch relevanter Meilenstein, zumal damit erklärt werden kann, warum auch klinisch relevante A/B-Toxine von Pflanzen und pathogenen Bakterien (wie Ricin, Shiga-Toxin und Cholera-Toxin) in der Lage sind, nach endozytotischer Aufnahme in die Zelle den Sekretionsweg zu erreichen und sich so weitgehend einem proteolytischen Abbau in Vakuole/Lysosom zu entziehen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Breinig F, Sendzik T, Eisfeld K, Schmitt MJ (2006). Dissecting toxin immunity in virus-infected killer yeast uncovers an intrinsic strategy of self protection. Proc Natl Acad Sci USA 103; 3810-15.
- Heiligenstein 8, Eisfeld K, Sendzik T, Jimenez-Becker N, Breinig F, Schmitt MJ (2006) Retrotranslocation of a viral AB toxin from the yeast endoplasmic reticulum is independent of ubiquitination and ERAD and proteasome aclivity. £/MSO J 25; 4717-27.
- Reiter J, Herker E, Madeo F, Schmitt MJ (2005). Viral killer toxins induce caspase-mediated apoptosis in yeast. J Cell Biol 168; 353-358.
- Schmitt MJ, Breinig F (2006). Yeast viral killer toxins: lethality and self-protection. Nat Rev Microbiol 4, 212-221.
- Schmitt MJr Reiter J (2008): Viral induced yeast apoptosis. Biochim Biophys Acta 1783: 1413-1417.
