HMGCR und die Peroxisomen

Über den Mevalonat-Weg werden Steroide, vor allem Cholesterin und Steroidhormone aber auch Vitamin D, Dolichol, Häm A, Farnesyl und über 50 weiter Produkte gebildet. Ein komplexer Mechanismus der Regulation des Mevalonat-Weges ist für die biologische Verfügbarkeit dieser wichtigen Moleküle verantwortlich. Die 3-Hydroxy- 3-Methylglutaryl-Coenzym-A-Reduktase (HMG-CoA-Reduktase, HMGCR) hat 8 Transmembran Domänene eine Linker Region und eine Katalytische Domäne, ist das geschwindigkeitsbestimmende Enzym des Mevalonat-Weges und das Ziel der Statine in der Cholesterinspiegel senkenden Medikation. Ob die Peroxisomen, lebensnotwendige Organellen unserer Zellen, an dem Mevalonat-Weg beteiligt sind oder nicht ist stark umstritten. Es gibt zwei Lager die Befürworter und die Gegner. In bereits Publizierten Vorexperimenten konnten wir Hinweise auf eine Bilokalisation der HMGCR Enzymaktivität feststellen: im Peroxisom und im Endoplasmatisches Retikulum (ER). Wir haben eine Hypothese formuliert bei der die meisten Widersprüchlichen Publikationen miteinbezogen werden können. In dieser Hypothese wird unter Bedienungen bei denen die ER lokalisierte HMGCR Abgebaut wird eine kleinere lösliche HMGCR Variante gebildet, die an ihrem neu gebildeten N-Terminus ein Peroxisomales Targeting Signal besitzt. Nun wird diese Variante von dem Rezeptor pex7 gebunden und ins Peroxiosm transportiert. Braun und Goldstein haben bereits gezeigt das eine kleinere lösliche Form der HMGCR funktionell ist. In diesem Projekt werden wir uns nur mit der nHMGCR beschäftingen und diese Hypothese bestätigen oder wiederlegen. Nach subzellulären Fraktionierung von Leber und Niere Homogenaten aus Mäusen aber auch aus Zellkulturen werden wir die verschiedenen Formen der HMGCR unter unterschiedlichen Bedingungen mittels Western Blot und Enzymtests untersuchen. Zudem werden wir das Peroxisomale Lokalisations Signal der löslichen HMGCR mittels fusionskonstrukten, und in vitro Mutagenese untersuchen sowie die Interaktion von HMGCR mit dem Rezeptor Pex7 im "Yeast Two Hybrid" System studieren. Ferner werden wir verschiedene formen der HMGCR im Cytoplasma und im Peroxisom künstlich über expremieren und die Auswirkung auf die Cholesterin Biosynthese und die Proteien Farnesylierung untersuchen. Dieses Projekt wird klären ob sich unter verschieden metabolischen bedingungen HMGCR auch in den Peroxisomen befindet und ob sich eine Peroxisomal lokalisierte HMGCR auch tatsächlich auf den Mevalonat-Weg auswirken kann. Dieses Projekt wird einen wichtigen Aspekt in einem der bedeutensten biochemischn Synthesewege aufklären.

Jede Zelle unseres Körpers beinhaltet unterschiedliche Organellen, die für die Vielzahl von spezifischen Funktionen notwendig sind. Die Mitochondrien sind zum Beispiel - neben anderen Funktionen - für den Energiestoffwechsel oder die Lysosomen für den Abbau und die Wiederverwertung von Biomolekülen verantwortlich. Peroxisomen, weitere lebensnotwendige Organellen, sind sowohl für den Aufbau (z.B. Plasmalogene) als auch für den Abbau (z.B. überlang-kettige Fettsäuren) von speziellen Lipiden in unserem Körper zuständig. Seit langem diskutieren Wissenschaftler über eine mögliche Rolle der Peroxisomen im Cholesterinstoffwechsel. Im Rahmen dieses Projektes konnte mittels Fluoreszenzmikroskopie und Dichtegradienten-Zentrifugation gezeigt werden, dass in Zelllinien die als Modell für phagozytierenden Immunzellen (Makrophagen, Mikrogliazellen) verwendet wird, ein wesentliches Enzym der Cholesterinbiosynthese, die HMGCR (Abkürzung für 3-Hydroxy-3-Methylglutaryl-Coenzym-A-Reduktase), im Peroxisom lokalisiert ist. HMGCR befindet sich unter normalen Umständen im Endoplasmatischen Retikulum und stellt den Angriffspunkt für Statine, die wesentlichsten cholesterinsenkenden Medikamente dar. Durch eine Fülle unterschiedlicher Mechanismen regulieren menschliche Zellen die Menge und die Aktivität der HMGCR. Liegt viel Cholesterin in einer Zelle vor, so wird die Menge an HMGCR stark verringert. Dabei kommt es zur Bildung eines weiterhin funktionellen Abbauproduktes, das in den meisten Zellen schnell im Proteasom abgebaut wird. In Monozyten wird dieses Abbauprodukt aktiv aus dem Zytosol in die Peroxisomen transportiert. Wir konnten zeigen, dass dieser aktive Transport in die Peroxisomen über eine charakteristische Aminosäuresequenz (engl. peroxisomal targeting signal 2) in der HMGCR vermittelt wird, die von dem zytosolischen Rezeptor PEX7 erkannt wird. Darüber hinaus konnten wir zeigen, dass dieses Abbauprodukt der HMGCR zwar im Zytosol aktiv, aber im Peroxisom inaktiv, ist. So konnte eine weitere Funktion der Peroxisomen entschlüsselt werden, bei der ein ansonsten, unter diesen Bedingungen, im Zytosol schädlichen Enzyms durch aktiven Transport ins Peroxisom entsorgt wird. Dieser Mechanismus der peroxisomalen Inaktivierung von HMGCR-Abbauprodukten in Monozyten ergänzt die komplexe Regulation der HMGCR-Aktivität unter verschiedenen metabolischen Bedingungen in unterschiedlichen Zelltypen.