Lipasen der Hefe S. cerevisiae

Alle eukaryontischen Zellen einschließlich der Hefe enthalten Lipiddepots, die abhängig vom Zelltyp aus Triacylglycerolen (TAG) und/oder Sterolestern (STE) bestehen. Diese Lipide akkumulieren in einem spezifischen zellulären Kompartiment, das man als Lipidpartikel oder Lipidtröpfchen (Lipid Particle, Lipid Droplet) bezeichnet. TAG und STE dienen als Energiespeicher, werden jedoch auch als Bausteine (Fettsäuren, Sterole) für die Biosynthese biologischer Membranen benötigt. Daher stellen Synthese, Speicherung und Mobilisierung der unpolaren Lipide (TAG und STE) wichtige zelluläre Prozesse dar. Im hier vorgeschlagenen Projekt, das als Fortsetzung des FWF Projekts 18857 zu verstehen ist, wollen wir uns auf die Lagerung und Mobilisierung von TAG in der Hefe Saccharomyces cerevisiae konzentrieren. Dieser Mikroorganismus hat sich als hervorragendes Modell zum Studium des Lipidmetabolismus und der Membranbiologie erwiesen. Das spezielle Ziel der Arbeiten werden biochemische und zellbiologische Untersuchungen mit den drei wichtigsten Lipasen der Hefe, Tgl3p, Tgl4p und Tgl5p sein. Kürzlich konnten wir zeigen, dass diese Lipasen nicht nur TAG mit verschiedener Spezifität hydrolisieren, sondern auch als Acyltransferasen an die Lipidbiosynthese beteiligt sind. Diese beiden voneinander unabhängigen Aktivitäten der TAG Lipasen erfordern einerseits Zugang der Enzyme zu ihrem TAG-Substrat im Inneren der Lipidpartikel, und anderseits ihre Anknüpfung an die Lipidsynthese zur korrekten Kanalisierung der freigesetzten Fettsäuren. Während Tgl3p, Tgl4p und Tgl5p in ihren Grundzügen bereits biochemisch untersucht wurden, fehlen Daten zur Topologie, zur molekularen Struktur und Funktion dieser Enzyme sowie zu ihrer möglichen Wechselwirkung mit Partner-Komponenten. Daher haben wir uns im vorgeschlagenen Projekt die folgenden Ziele gesetzt: (i) Durchführung von Topologiestudien der TAG Lipasen, um Ihre Orientierung in der Membranumgebung zu verstehen; (ii) Studium spezieller regulatorischer Aspekte der TAG Lipasen mit dem Schwerpunkt der Verknüpfung von TAG Synthese und Mobilisierung; (iii) Untersuchungen zur Wechselwirkung der TAG Lipasen mit Partner-Proteinen, die regulatorische oder adaptive Funktionen ausführen könnten; und (iv) Isolierung der Hefe TAG Lipasen, insbesondere der wichtigsten Lipase Tgl3p, um Proteinstrukturanalysen durchzuführen. Die Methoden, die für diese Studien erforderlich sind, gehören zum Großteil zum Standard unseres Labors, und werden zum anderen Teil durch Kollaborationen mit unseren wissenschaftlichen Partnern eingebracht. Erkenntnisse und Resultate früherer und laufender Projekte werden als Grundlage für die speziellen Untersuchungen in dem vorgeschlagenen Projekt dienen.

Alle eukaryontischen Zellen einschließlich der Hefe enthalten Lipiddepots, die abhängig vom Zelltyp aus Triacylglycerolen (TAG) und/oder Sterolestern (SE) bestehen. Diese Lipide akkumulieren in einem spezifischen zellulären Kompartiment, das man als Lipidpartikel oder Lipidtröpfchen (Lipid Particle, Lipid Droplet) bezeichnet. TAG und SE dienen als Energiespeicher, werden jedoch auch als Depot für Fettsäuren und Sterole benötigt, die für die Biosynthese biologischer Membranen gebraucht werden. Daher stellen Synthese, Speicherung und Mobilisierung der unpolaren Lipide (TAG und SE) wichtige zelluläre Prozesse dar. Der Schwerpunkt der Arbeiten im FWF Projekts 23029 lag im Studium der Lagerung und Mobilisierung von TAG in der Hefe Saccharomyces cerevisiae, die sich als hervorragendes Modell zum Studium des Lipidmetabolismus und der Membranbiologie erwiesen hat. Das spezielle Ziel der Arbeiten waren biochemische und zellbiologische Untersuchungen mit den drei wichtigsten Lipasen der Hefe, Tgl3p, Tgl4p und Tgl5p. Drei Projektlinien wurden im Laufe dieser Arbeiten verfolgt. (i) Ein Schwerpunkt der Untersuchungen lag im Studium spezieller regulatorischer Aspekte der TAG Lipasen mit Betonung der Verknüpfung von TAG Synthese und Mobilisierung. (ii) Ein weiterer wichtiger Aspekt war die Durchführung von Topologiestudien der TAG Lipasen, im Besonderen von Tgl3p, um ihre Orientierung in der Membranumgebung und den Zugriff zu TAG Substraten zu verstehen. (iii) Ein letzter Punkt der Arbeiten betraf die Identifizierung und Charakterisierung neuer TAG Lipasen der Hefe. Aus einer Reihe an Kandidaten wurde vor allem eine neue Lipase, Ayr1p, näher beleuchtet. Die Methoden, die für diese Studien erforderlich waren, wie z.B. die Mikrobiologie der Hefe, Umgang mit Organellen, und Analyse von Lipiden und Proteinen, gehören zum Standard unseres Labors und wurden durch Kollaborationen mit nationalen und internationalen wissenschaftlichen Partnern ergänzt.