Dokument: Osmosensitivität der Autophagie in der Hefe Saccharomyces cerevisiae - Parallelen und Unterschiede zur Säugerleber

Titel:	Osmosensitivität der Autophagie in der Hefe Saccharomyces cerevisiae - Parallelen und Unterschiede zur Säugerleber
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=3603
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20070222-085319-7
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Deutsch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Prick, Tanja [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 4,07 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 09.02.2007 / geändert 09.02.2007
Beitragende:	Prof. Dr. Dahl, Stephan vom [Gutachter] Prof. Dr. Ernst, Joachim F. [Gutachter]
Stichwörter:	Autophagie, Hog1, osmotischer Stress, Saccharomyces cerevisiae, Säugerleber, p38MAPK, Rapamycin, N-Mangelautophagy, Hog1, osmotic stress, yeast, mammalian liver, p38MAPK, rapamycin, starvation
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Die autophagische Proteolyse, d.h. der Proteinabbau durch Autophagosomen, ist der wichtigste katabole Mechanismus in Leberzellen. Sie wird durch Aminosäuren, Hormone, den intrazellulären ATP-Gehalt und durch den Hydratationszustand in p38MAPK-abhängiger Weise reguliert. Das Protein Hog1 ist das Hefeanalogon zur Säuger-p38MAPK und ist ebenso wie das Protein Pbs2 essentiell für das Überleben von Hefezellen bei osmotischem Stress. Ein Säugeranalogon zu Pbs2 ist bisher noch unbekannt. In der Hefe kann Autophagie entweder durch Inkubation in N-freiem Medium oder Zugabe von Rapamycin induziert werden. Es wurde die Rolle von HOG1 und PBS2 für die Regulation der Autophagie in Hefe sowie die zugrundeliegenden Mechanismen untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass eine Deletion von HOG1 oder PBS2 zur reversiblen Osmosensitivität der autophagischen Proteolyse während der Inkubation in anisoosmotischem N-freiem Medium führt. Dies gilt sowohl für hypo- als auch nicht-letalen hyperosmotischen Stress. Der Cvt-Weg wie auch die Vitalität von Hefezellen sind im untersuchten Osmolaritätsbereich (30-500 mosmol/L) sowohl in WT- als auch hog1D-Zellen unbeeinträchtigt. Die Aktivität der autophagischen Proteolyse in hog1D-Zellen ist von der extrazellulären Osmolarität abhängig, zeigt ein Optimum bei ca. 150 mosmol/L, ist reversibel und kein Sekundärphänomen eines Salz- oder Nährstoffmangels. Stromaufwärts von Hog1 wird dieser Mechanismus über Pbs2, nicht aber durch Sln1, mediiert. Der Phosphorylierungsstatus von Atg13 oder der Atg8-Lipidierungsstatus ist unter den oben genannten anisoosmotischen Bedingungen, sowohl in WT- als auch in hog1D-Zellen unverändert, scheint also beim "Osmosignalling" nicht beteiligt zu sein. Die präautophagosomale Struktur (PAS), scheint auch nicht primär Zielstruktur der Hog1-abhängigen Regulation der Autophagie zu sein. Im Gegensatz zur durch N-Mangel induzierten Autophagie ist die Rapamycin-induzierte Autophagie bei Deletion von HOG1 oder PBS2 nicht osmosensitiv. Phenylalanin und NH4Cl, die in der Säugerleber einen antiproteolytischen Effekt aufweisen, wirken auf die durch N-Mangel induzierte Autophagie in der Hefe ebenfalls antiproteolytisch, nicht aber auf die Rapamycin-induzierte Autophagie. Die Rapamycin-induzierte Autophagie muss offenbar biochemisch und phänotypisch klar gegenüber der Autophagie bei N-Mangel abgegrenzt werden. Es kann spekuliert werden, dass die Hog1-abhängige Stimulation der Autophagie in Hefe bei N-Mangel dazu dient, das Überleben während osmotischem Stress zu sichern. Das Hefesystem erlaubt möglicherweise eine Identifikation und Charakterisierung der in der Leber für die Autophagie wichtigen molekularen Komponenten. Die beschriebene Analogie zwischen Leber und Hefe könnte ein molekulares Werkzeug zur Aufklärung der pathophysiologischen Grundlagen kataboler Krankheitszustände bei höheren Organismen sein. In mammalian liver, proteolysis is regulated by amino acids, hormones, the intracellular ATP-content and the cellular hydration state in a microtubule- and p38MAPK-dependent fashion. Osmosensing in liver cells towards proteolysis is achieved by activation of integrin receptors. The yeast orthologue of p38MAPK is Hog1. Hog1 as well as Pbs2 are proteins with MAP kinase activity. Pbs2 is located upstream of Hog1 in the hyperosmotic response pathway (HOG1 pathway) in yeast. A mammalian orthologue of Pbs2 is still unknown. The present study adressed the question, if in yeast, autophagy-regulating mechanisms similar to those in liver cells could be identified. For this, methods involving fluorescence microscopy, molecular biology and tracer methods for determination of autophagy and proteolysis were applied. Hog1D and pbs2D cells exhibited a visible decrease of autophagy in hypoosmotic and hyperosmotic nitrogen-starvation medium as compared to normoosmolarity, as determined by GFP-Atg8 fluorescence. Western blot analysis of GFP-Atg8 degradation showed that WT cells maintained a stable autophagic activity over a broad osmolarity range, whereas HOG1-deleted cells and PBS2-deleted cells showed an impaired autophagic actitivity during hypo- and hyperosmotic stress. In [3H] leucine-prelabelled yeast cells, proteolysis rate was osmodependent only in HOG1-deleted cells. Hog1 is not essential for yeast autophagy during normoosmotic starvation conditions. On the other hand, the deletion of HOG1 and PBS2 impairs the stimulation of autophagic activity during osmotic stress. Neither phosphorylation status of Atg13 nor Atg8 lipidation seem to explain this adaptation. In contrast to starvation conditions, rapamycin-induced autophagy did not significantly respond to hypoosmotic or hyperosmotic stress in hog1D or WT cells. We conclude that Hog1 plays a role in the stabilisation machinery of nitrogen-deprivation-induced autophagy in yeast cells during ambient osmolarity changes. This could be an analogy to the p38MAPK-pathway in mammalian liver, where osmosensing towards p38MAPK is required for autophagy regulation by hypoosmotic or amino acid-induced cell swelling. A phenotypic difference is observed in rapamycin-induced autophagy, which does not seem to respond to extracellular osmolarity changes in hog1D cells. Further characterization by classical modulators of autophaghy showed that both mechanisms of autophagy induction should be seen as biochemically different entities. Identification of molecular mechanisms of autophagy regulation in yeast could be helpful to elucidate the signalling mechanisms of catabolic states in human disease.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Biologie
Dokument erstellt am:	11.01.2007
Dateien geändert am:	12.02.2007
Promotionsantrag am:	12.12.2006
Datum der Promotion:	12.12.2006