Phosphatidylserinedecarboxylase

Der Einbau von Lipiden in Membranen ist ein zentraler zellbiologischer Prozess zur Erhaltung der zellulären Organisation und Funktion. Während der letzten Jahre hat sich unser Labor sehr eingehend mit einem speziellen Phospholipid, dem Phosphatidylethanolamin (PtdEtn), beschäftigt, das eine sehr wichtige Rolle bei verschiedenen zellulären Prozessen und der Erhaltung der Membranintegrität spielt. Wir verwenden die Hefe Saccharomyces cerevisiae als experimentelles System, da dieser Modellorganismus aus biochemischer, molekularbiologischer und zellbiologischer Sicht für solche Studien hervorragend geeignet ist. In dem hier vorgeschlagenen Projekt wollen wir die mitochondriale Phosphatidylserindecarboxylase Psd1p, das Enzym, das den Hauptanteil des zellulären PtdEtn in der Hefe synthetisiert, genauer studieren. Frühere Untersuchungen in unserem Labor (FWF Projekt 17321) haben die zentrale Rolle dieses Enzyms im Lipidmetabolismus gezeigt. Erstaunlicherweise wurde aber das Enzym selbst in molekularer Hinsicht nur sehr spärlich untersucht. Aus diesem Grund schlagen wir folgende Strategie vor, um diese wichtige Frage zu behandeln: (i) Wir werden die enzymatische Analyse von Psd1p erweitern und im Speziellen das aktive Zentrum und regulatorische Domänen des Proteins studieren. (ii) Wir werden den Import von Psd1p in Mitochondrien studieren und dabei besonders die Rolle der Untereinheiten des Proteins und der speziellen Regionen (Signalsequenz, Targeting-Sequenzen, Membrananker) berücksichtigen. (iii) Wir werden die Struktur und die Membrantopologie von Psd1p unter besonderer Berücksichtigung des Substratzugangs zum aktiven Zentrum des Proteins studieren. Ein langfristiges Ziel wird die Strukturaufklärung von Psd1p sein. (iv) Wir werden physikalische, funktionelle und genetische Interaktionen von Psd1p mit mitochondrialen/zellulären Partner-Proteinen untersuchen, wobei die Einflüsse auf mitochondriale Funktionen und die zelluläre Verteilung von PtdEtn im Vordergrund des Interesses stehen werden. Diese Studien basieren hauptsächlich auf Vorarbeiten des Vorläufer-Projekts FWF 17321, Die Methoden, die für diese Studien erforderlich sind, sind entweder in unserem Labor oder durch Kooperationen mit Experten verfügbar. Wir meinen, dass diese Untersuchungen einen wichtigen Beitrag zum Verständnis der Rolle des Psd1p bei der Lipid-Homöostase und der Membranbiogenese leisten werden.

Zelluläre Membranen sind in den letzten Jahren sehr ins Zentrum des wissenschaftlichen Interesses gerückt, da sie eine Reihe wichtiger enzymatischer Prozesse beherbergen und gleichzeitig die Kompartimentierung innerhalb einer Zelle definieren. Lipids spielen bei der Biogenese der Membranen eine wichtige Rolle sowohl als Bestandteile der physikalischen Barriere als auch als Modulatoren Membran assoziierter Prozesse. Das langjährige Interesse unseres Labors gilt dem Einbau von Lipiden in biologische Membranen der Hefe Saccharomyces cerevisiae, die wir als Modellsystem benützen. In jüngster Zeit konzentrierte sich dieses Interesse auf die Biosynthese, die zelluläre Verteilung und die Funktion des Phosphatidylethanolamine (PE). Dieses Phospholipid ist eine wichtige Komponente aller Organellen, im Speziellen der Mitochondrien. Die Schwierigkeiten, die zellbiologischen Funktionen des PE zu untersuchen, beruhen vor allem auch auf der Tatsache, dass dieses Phospholipid über vier verschiedene Biosynthesewege in drei verschiedenen Kompartimenten gebildet werden kann. Der Schwerpunkt des FWF Projekts P-21429 lag in der Untersuchung der Biochemie und Molekularbiologie von Psd1p, einer mitochondrialen Phosphatidylserin-Decarboxylase, die der Hauptproduzent von PE in der Hefezelle ist. Erstens setzten wir unsere Untersuchungen zum intrazellulären Transport von PE fort, wobei besonders die Rolle der Psd1p von Wichtigkeit war. Transportrouten von PE zu Peroxisomen und die daran beteiligten Mechanismen standen im Mittelpunkt des Interesses. Als zweiten wichtigen Aspekt untersuchten wir die Wechselwirkung von Psd1p mit anderen zellulären Komponenten auf der Basis vorangegangener Genom weiter Screenings und der Interaktion metabolischer Prozesse. Der dritte Schwerpunkt dieses Projekts lag in der Untersuchung der Biogenese der Psd1p und des Einbaus in mitochondriale Membranen. Diese Studien betrafen vor allem den Import von Psd1p in Mitochondrien und die Rolle bestimmter Protein-Dämonen bei diesem Prozess. Diese Studien inkludierten auch die Membrantopologie der Psd1p. Schließlich wurden Konsequenzen der PE Depletion in psd1 Deletionsmutanten, vor allem auf mitochondriale Funktionen untersucht. Diese Studien zeigten Verknüpfungen zwischen funktionellen und strukturellen Eigenschaften des Psd1p und deren Einflüsse auf Lipidhomöostase und Membranintegrität.