Molekulare und funktionelle Charakterisierung humaner Peroxine
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Defekte in der Biogenese von Peroxisomen führen zum Ausfall multipler peroxisomaler Stoffwechselwege und zu einem meist letalen klinischen Phänotyp, dem Zellweger Spektrum oder der Rhizomelia chondrodysplasia punctata Typ I. Peroxine, die im Zytosol oder in der peroxisomalen Membran lokalisiert sind, sind als Bausteine der humanen Peroxisomenbiogenese essentiell. Die Funktionen und das Zusammenwirken von Peroxinen sowie der Einfluss defekter Peroxine auf den Phänotyp von Patienten mit Peroxisomenbiogenesedefekten war zu Beginn der Projektarbeiten und ist auch weiterhin nur ungenügend geklärt. Ziel des Forschungsvorhabens war es einerseits, neue in die Peroxisomenbiogenese involvierte humane Peroxine zu identifizieren und andererseits die Rolle bekannter Peroxine zu charakterisieren. Zur Klärung von schweren und milderen klinischen Phänotypen des Zellweger Spektrums sollten PEX1-Mausmodelle etabliert werden. Die wichtigsten Ergebnisse des Projektes sind die Identifizierung einer neuen Import-Maschinerie für Fettsäuren, die mit der peroxisomalen Membran assoziiert ist sowie die Charakterisierung der Rolle von PEX3 beim Import von peroxisomalen Matrixproteinen mit PTS1-Signal. Ebenso gelang es eine neue Form der Lactatdehydrogenase (LDH) zu identifizieren, die durch das Überlesen des Stopp-Codons bei der Proteinsynthese ein peroxisomales Targeting Signal erhält und damit nicht im Zytoplasma sondern in der peroxisomalen Matrix lokalisiert und aktiv ist. Die Etablierung von PEX1-Mausmodellen gelang im Rahmen des Projektes nicht. Durch Kooperationspartner an der Johns Hopkins University konnten bislang Pex1 G843D-Mäuse generiert werden, nicht jedoch Pex1-/-- Mäuse. Für erste Therapieansätze wurden Substanzen, die über eine Erhöhung der Transkriptionsrate von PEX-Genen zur Induktion von Peroxisomen führen, charakterisiert. Ihre Wirksamkeit soll jetzt in vivo anhand der seit Mitte 2015 verfügbaren Pex1 G843D-Mäuse untersucht werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- (2011): Characterization of two common 5' polymorphisms in PEX1 and correlation to survival in PEX1 peroxisome biogenesis disorder patients. BMC Medical Genetics 12:109
Thoms S, Grønborg S, Rabenau J, Ohlenbusch A, Rosewich H, Gärtner J
- (2011): The unusual extended C-terminal helix of the peroxisomal α/β-hydrolase Lpx1 is involved in dimer contacts but dispensable for dimerization. J Struct Biol 175:362-371
Thoms S, Hofhuis J, Thöing C, Gärtner J, Niemann HH
- (2012): First PEX11β patient extends spectrum of peroxisomal biogenesis disorder phenotypes. J Med Genet 49:314-316
Thoms S, Gärtner J
(Siehe online unter https://doi.org/10.1136/jmedgenet-2012-100899) - (2012): Identification of a new fatty acid synthesis-transport machinery at the peroxisomal membrane. J Biol Chem 287:210-221
Hillebrand M, Gersting SW, Lotz-Havla AS, Schaefer A, Rosewich H, Valerius O, Muntau AC, Gärtner J
(Siehe online unter https://doi.org/10.1074/jbc.M111.272732) - (2012): Peroxisome formation requires the endoplasmic reticulum channel protein Sec61. Traffic, 13,4, April 2012, Pages 599-609
Thoms S, Harms I, Kalies KU, Gärtner J
(Siehe online unter https://doi.org/10.1111/j.1600-0854.2011.01324.x) - (2013): Functional analysis of PEX13 mutation in Zellweger syndrome spectrum patient reveals novel homooligomerization of PEX13 and its role in human peroxisome biogenesis. Hum Mol Genet 22:3844-3857
Krause C, Rosewich H, Woehler A, Gärtner J
(Siehe online unter https://doi.org/10.1093/hmg/ddt238) - (2014): Peroxisomal lactate dehydrogenase is generated by translational readthrough in mammals. Elife: e03640
Schueren F, Lingner T, George R, Hofhuis J, Dickel C, Gärtner J, Thoms S
(Siehe online unter https://doi.org/10.7554/eLife.03640) - (2014): Peroxisomes are juxtaposed to strategic sites on mitochondria. Mol Biosyst 10:1742-1748
Cohen Y, Klug YA, Dimitrov L, Erez Z, Chuartzman SG, Elinger D, Yofe I, Soliman K, Gärtner J, Thoms S, Schekman R, Elbaz-Alon Y, Zalckvar E, Schuldiner M
(Siehe online unter https://doi.org/10.1039/c4mb00001c) - (2015): Clinical utility gene card for Zellweger syndrome spectrum. Eur J Hum Genet 23
Rosewich H, Waterham H, Poll-The BT, Ohlenbusch A, Gärtner J
(Siehe online unter https://doi.org/10.1038/ejhg.2014.250) - (2015): Conserved targeting information in mammalian and fungal peroxisomal tail-anchored proteins. Sci Rep 5:17420
Buentzel J, Vilardi F, Lotz-Havla A, Gärtner J, Thoms S
(Siehe online unter https://doi.org/10.1038/srep17420)
