ERMES in Candida albicans: Ein Mediator für Lipid-Dynamik

Eukaryotische Zellen sind in verschiedene, membranumschlossene Organellen unterteilt und Kommunikation zwischen den Kompartimenten ist für die Aufrechterhaltung der Zellhomöostase essentiell. Ein wesentlicher Aspekt dieser Kommunikation ist die Instandhaltung der Phospholipid Zusammensetzung der einzelnen Organell-Membranen. Die Synthese der meisten Phospholipide erfolgt im Endoplasmatischen Retikulum. Manche allerdings, zum Beispiel Phosphatidylethanolamin werden in Mitochondrien hergestellt. Wie die Transportprozesse von Lipiden zu Mitochondrien und der Transport von Phosphatidylethanolamin zum Endoplasmatischen Retikulum erfolgt ist zum größten Teil unbekannt. Höchstwahrscheinlich basiert dieser Lipidtransfer auf direkten Membrankontakten zwischen beiden Organellen. Im Jahre 2009 wurde in Saccharomyces cerevisiae ein Membranprotein-Komplex namens ERMES (ER-mitochondrial encounter structure) entdeckt, welcher das Endoplasmatische Retikulum mit Mitochondrien verbindet und in den Lipidtransport eingreift. Die genaue biochemische Rolle, die ERMES im Lipidverkehr einnimmt ist allerdings nicht bekannt und es scheint als sei dieser Komplex auch in anderen zellulären Prozessen, wie der Aufrechterhaltung der Ca2+-Konzentration und der Instandhaltung des mitochondrialen Genoms, involviert. ERMES besteht aus vier Protein-Untereinheiten, die in Hefen konserviert sind. Einleitende Versuche mit Candida albicans ergaben, dass eine Inaktivierung von ERMES weit schwerwiegendere Folgen für diesen Organismus hat, als für Saccharomyces cerevisiae. In Candida albicans sind mindestens zwei Proteinkomponenten von ERMES, Mdm10p und Mmm1p, essentiell, ein Umstand, der auf keines der ERMES-Homologe in Saccharomyces cerevisiae zutrifft. Durch diese Tatsache erweist sich Candida albicans als ein hervorragendes genetisches Model um die Rolle des ERMES Komplex zu ergründen, weshalb in diesem Projekt ERMES im Modellorganismus Candida albicans erforscht werden soll. Die Funktion von ERMES während des Zellwachstums und bezüglich mitochondrialer Dynamiken soll erläutert werden: dafür werden die essentiellen Gene gezielt abgeschaltet um die phänotypischen Konsequenzen einer Inaktivierung des Komplexes in zeitlicher Abfolge zu verfolgen. Die Stöchiometrie der einzelnen ERMES Proteine ist nicht bekannt. Sie ist allerdings von besonderem Interesse um Struktur- und Funktionsparameter zu bestimmen. Daher werde ich den ERMES Komplex aufreinigen um das Verhältnis der einzelnen ERMES Untereinheiten zueinander mittels SDS- PAGEs zu bestimmen. Die Aufreinigung dieses Komplexes wird auch die Identifizierung von neuen Interaktionspartnern ermöglichen, was von herausragender Bedeutung ist, da diese interagierenden Proteine die Stöchiometrie des Komplex ändern können um die Funktion von ERMES zu modulieren. Drei der ERMES Untereinheiten enthalten Lipid-Bindedomänen. Die Fähigkeit dieser Proteine tatsächlich Lipide zu binden wird mit der Quarz-Crystal-Microbalance Methode überprüft werden. Zudem wird vermutet, dass ERMES als Drehscheibe in der Kommunikation zwischen Endoplasmatischen Retikulum und Mitochondrien fungiert. Daher ist es auch ein Ziel Signalwege zu finden, die in ERMES Mutanten unterschiedlich reguliert sind. Dazu werden RNAseq Experimente herangezogen. Dieses Projekt wird signifikante Erkenntnisse über die rätselhafte Rolle des ERMES Komplex liefern, die von großer Bedeutung für die Grundlagenforschung sein werden. Dieses Projekt dient auch dazu Candida albicans weiter als einen eukaryotischen Organismus für grundlegende zellbiologische Fragestellungen zu etablieren. 1

Candida albicans ist ein opportunistischer humanpathogener Hefepilz, welcher auf der Haut, den Schleimhaeuten von Mund und Rachen, sowie den aeusseren Geschlechtsorganen als Teil der Mikroflora vorhanden ist. Kommt es allerdings zu einer uebermaessigen Vermehrung von C. albicans kann er die Schleimhautbarriere durchbrechen und Infektionen ausloesen. Bei gesunden Personen bleiben diese Infektionen meist lokal begrenzt, doch gelangt der Pilz in den Blutstrom fuehrt dies zu schwersten systemischen Infektionen, die vor allem fuer immungeschwaechte Patienten mit einer Mortalitaetsrate von 70 % fatal sind. Es gibt ein kleines Sortiment an Wirkstoffen zur Therapie dieser Infektionen, allerdings sinkt die Therapierbarkeit aufgrund der schnell ansteigenden resistenten Candida-Staemme rapide. Mein Projekt fokusierte auf die Charackterisierung des ERMES Komplex, welcher ein moeglicher Angriffspunk fuer neue Antimykotika ist. Dieser Komplex ist an der Aufrechterhaltung der korrekten Morphologie von Mitochondrien beteilig. Diese Organellen haben grossen Einfluss auf die Virulenz von C. albicans und sind somit ein begehrtes Ziel fuer Antimykotika. Weiters identifizierte ich waehrend meiner Arbeit ein neues Molekuel welches den Stoffwechsel von C. albicans dahingegend manipuliert, die Virulenz des Pilzes