Lipidpartikel

Forschungsprojekt P 13669LipidpartikelGünther DAUM28.06.1999 Lipidpartikel der Hefe Saccharomyces cerevisiae bestehen aus einem Lipidkern, der Triacylglycerine und Sterolester enthält und von einer Phospholipid-Membran umgeben ist, in welche Proteine eingebettet sind. Lipidpartikel wurden bisher immer nur als Depots für Triacylglycerine und Sterolester betrachtet. Im Zuge des FWF Projekts 11491 konnten wir jedoch einige Lipidpartikel-Proteine als Enzyme der Lipid-Biosynthese identifiziert. Dieser Hinweis und die Tatsache, daß Lipidpartikel als; Organelle kaum untersucht sind, führte uns zu einem eingehenderen Studium dieses Zellkompartiments. Die Hauptproteine der Lipidpartikel wurden durch Aminosäure-Sequenzanalyse identifiziert, und die entsprechenden Gene bestimmt. Deletionsmutanten wurden zurn Studium des Phänotyps und der möglichen Rolle der entsprechenden Genprodukte herangezogen. Ziel des vorliegenden Projekts ist das Studium der physiologische Rolle und der Biogenese der Lipidpartikel. Der Transport von Triacylglycerinen und Sterolestern von ihrem Syntheseort zu Lipidpartikeln sowie die Mobilisierung dieser beiden Lipid-Species sollen untersucht werden. Voraussetzung für diese Studien ist die genaue Lokalisierung der Enzyme, die Synthese und Abbau von Triacylglycerinen und Sterolestern katalysieren. Der zweite große Fragenkomplex umfaßt den Beitrag der Lipidpartikel zur Lipidsynthese der Hefezelle. Diese Untersuchungen werden sich auf die Identifizierung und Charakterisierung der Acyltransferasen konzentrieren, die an der Phosphatidsäure-Synthese mitwirken; weiters, werden sterol-synthetisierende Enzyme der Lipidpartikel zu charakterisieren sein. Schließlich soll der Transport von Proteinen zu Lipidpartikeln untersucht werden. Lipidpartikel treten mit dem Endoplasmatischen Retikulurn während der Lipid-Depotbildung offenbar in Wechselwirkung. Diese Wechselwirkung scheint auch für den Proteintransport zu Lipidpartikeln wichtig und somit die Basis für deren Biogenese zu sein. Mit Hilfe zellbiologischer und molekularbiologischer Methoden sollen die molekularen Hintergründe dieses Vorgangs beleuchtet werden.

Lipidpartikel der Hefe Saccharomyces cerevisiae bestehen aus einem Lipidkern, der Triacylglycerine und Sterolester enthält und von einer Phospholipid-Membran umgeben ist, in welche Proteine eingebettet sind. Lipidpartikel wurden bisher immer nur als Depot für Lipide (Fettstoffe) betrachtet. Im Zuge unserer Arbeiten konnten wir jedoch einige Lipidpartikel-Proteine als Enzyme der Lipid-Biosynthese identifizieren. Dieser Hinweis und die Tatsache, daß Lipidpartikel als Organelle kaum untersucht sind, führte uns zu einem eingehenden Studium dieses Zellkompartiments. Ein wichtiges Zwischenprodukt der Lipidsynthese ist die Phosphatidsäure. Aus vorangegangenen Untersuchungen war bereits bekannt, daß zumindest ein Teil des Phosphatidsäure-Biosynthesewegs in Lipidpartikeln abläuft. Erstaunlicherweise ist über die Biosynthese dieser Substanz auf molekularer Ebene wenig bekannt, d.h. die entsprechenden Gene sind nur zum Teil identifiziert. Mit Hilfe gentechnischer Methoden konnte im Rahmen dieses Projekts diese Lücke zumindest teilweise geschlossen werden. Ein wichtiges Genprodukt mit der Bezeichnung Ayr1p erweckte unser besonderes Interesse, da kein Enzym dieser Art vorher auf molekularer Ebene studiert worden war. Die Erkenntnis, daß Enzyme der Phosphatidsäuresynthese auf verschiedene Organellen verteilt sind, bildete eine wichtige Grundlage zum Verständnis der Koordination und Regulation metabolischer Ablaufe durch die Lokalisierung der beteiligten Komponenten. Ein weiteres wichtiges Lipid sind die Triacylglycerine. Im Zuge dieses Projekts konnte ein neues Gen bzw. Genprodukt der Triacylglycerinsynthese identifiziert und charakterisiert werden. Dieses Enzym ist auch zu einem Teil auf Lipidpartikeln lokalisiert und ist das erste dieser Art, das in Hefe beschrieben wurde. Triacylglycerine werden in Lipidpartikeln gelagert und bei Bedarf wieder mobilisiert. Dazu sind andere Enzyme, sog. Lipasen erforderlich. Auch ein derartiges Enzym konnte erstmals in Hefe im Rahmen dieses Projekts identifiziert werden. Nicht nur Enzyme der Phosphatidsäure-und Triacylglycerin-Biosynthese, sondern auch solche der Sterolsynthese sind in Lipidpartikel lokalisiert. Manche dieser Enzyme sind jedoch ebenfalls nicht nur in einer Organelle zu finden, sondern aus Gründen, die bisher noch nicht verstanden werden, auf zwei Organellen, u.z. die Lipidpartikel und das Endoplasmatische Reticulum, verteilt. In Zusammenarbeit mit zwei ausländischen Gruppen wurde das Zusammenspiel der Organellen in einer Hefezelle bei der Sterolsynthese studiert. Offenbar scheint eine Koordination auf Organellen-Ebene ein wichtiges Mittel zur Regulation der Lipidsynthese darzustellen. Eine weitere Fragestellung, die sich aus den oben angeführten Aspekten ergab, ist der Transport ("Targeting") von Proteinen zu den Lipidpartikeln. Wie "wissen" Proteine, zu welcher Organelle sie gehören? Bei diesen Studien konzentrierten wir uns wiederum auf einige bereits bekannten Proteine der Sterol-Biosynthese. Es konnte gezeigt werden, daß bestimmte Domänen dieser Proteine für die Assoziation mit Lipidpartikeln verantwortlich sind. Für diese Untersuchungen wurden Hybride mit dem sog. GFP (green fluorescent protein) hergestellt, das eine mikroskopische Sichtbarmachung der entsprechenden Komponenten ermöglicht. Lipidpartikel treten mit dem Entstehungsort der Proteine, dem Endoplasmatischen Reticulum, während der Lipid-Depotbildung offenbar in Wechselwirkung. Diese Wechselwirkung scheint auch für den Proteintransport zu Lipidpartikeln wichtig und somit die Basis für deren Biogenese zu sein.