Phosphatidylserinedecarboxylase 1 der Hefe (Fortsetzung)

Die mitochondriale Phosphatidylserinedecarboxylase 1 (Psd1p) der Hefe ist ein zentrales und wichtiges Enzym des Lipidstoffwechsels. Psd1p besteht aus einer a- und einer ß-Untereinheit und katalysiert die Bildung von Phosphatidylethanolamine (PE) durch Decarboxylierung von Phosphatidylserin (PS). Ein Schwerpunkt der Forschungsarbeit unseres Labors in den letzten Jahren betraf (i) die Rolle von Psd1p im Netzwerk der Lipidbiosynthese; (ii) Biogenese, Prozessierung und Assemblierung der Psd1p in mitochondrialen Membranen; und (iii) die Rolle von PE als essentielles Phospholipid bei der Erhaltung der Membranintegrität, im speziellen jener der Mitochondrien. Im vorgeschlagenen Projekt sollen diese Studien fortgesetzt und erweitert werden um tieferen Einblick in die molekularen Eigenschaften von Psd1p zu erhalten. Zu diesem Zweck werden Funktionen und Eigenschaften spezieller Domänen von Psd1p studiert, wie z.B. Membrananker, Membran-Targeting-Domänen, Substraterkennungsregionen, das aktive Zentrum in der Kontaktzone von a und ß-Untereinheiten, sowie weitere Sequenzelemente, die möglicherweise an korrektem Prozessieren von Psd1p und Assemblieren in mitochondrialen Membranen beteiligt sind. Des Weiteren wollen wir Struktur und Topologie von Psd1p genauer untersuchen, wobei spezielles Augenmerk auf Assemblierung in der Membran, der Protein-Komplexbildung in Mitochondrien und den Zugang des Substrats zum Enzym zu richten ist. Die für diese Untersuchungen erforderlichen Methoden sind in unserem Labor oder durch Kooperationen mit versierten Partner-Labors verfügbar. Zusammenfassend werden die hier vorgeschlagenen Studien eine Brücke zwischen Funktion und Struktur der Psd1p schlagen und deutlich zur Verbesserung unseres Verständnisses der Rolle des Psd1p bei der Lipidhomöostase und der Membranbiogenese beitragen.

Phosphatidylethanolamine (PE) ist eines der wichtigsten Membranlipide der Hefe, da es für die Stabilität und Integrität von Membranen sehr wichtig ist. PE Synthese in der Hefe kann durch 4 Biosynthesewege erfolgen, nämlich durch (i) Synthese von Phosphatidylserin (PS) im Endoplasmatischen Reticulum (ER)und Decarboxylierung durch die mitochondriale PS Decarboxylase (Psd1p); (ii) Synthese von PS und Umsetzung zu PE durch die Psd2p im Golgi; (iii) den CDP Ethanolamin Weg im ER; und (iv) Lysophospholipid Acylierung durch Ale1p und Tgl3p. Der Hauptproduzent von PE in der Hefe ist die mitochondriale Psd1p. Eine Reihe mitochondrialer Funktionen benötigt. PE.Eine spezielle Eigenschaft der Psd1p ist der strukturelle Aufbau in Form einer ?- und einer ?-Untereinheit.. Die ?-Untereinheit verankert das Protein in der inneren mitochondrialen Membran (IMM). Die ?- Untereinheit ist per se löslich aber mit der ?-Untereinheit assoziiert und hauptverantwortlich für die Aktivität des Enzyms, Die ?-Untereinheit beherbergt eine Domäne, die für die Bindung von PS verantwortlich ist. Wir untersuchten diese Domäne im Detail durch biochemische und molekularbiologische Methoden. Unsere Daten zeigten, dass diese Domäne für die Prozessierung und Stabilität der Psd1p verantwortlich ist..Wir untersuchten auch die Membranverankerung der Psd1p in der IMM. Wir fanden dass die Psd1p zumindest 2 membrandurchspannende Regionen, IM1 und IM2, enthält. Während IM1 in früheren Studien unseres Labors (Horvath et al., J. Biol. Chem. 287 (2012) 3674455) charakterisiert worden war gab es keine Information über IM2. Wiederum konstruierten wir Mutanten um die Rolle der IM2 zu studieren. Deletion der kompletten IM2 führte zu Mislokalisation des Proteins, aber auch zu Verlust der enzymatischen Aktivität. Wir schlossen daraus, dass korrekte Lokalisierung und Aktivität des Enzyms zusammenhängen.In einem Nebenprojekt in Zusammenarbeit mit Thomas Becker (Freiburg, Deutschland), das jedoch sehr erfolgreich verlief, studierten wir die Rolle von Phosphatidylcholin (PC) auf mitochondriale Funktionen. Wir zeigten dass Mangel von PC zu Störungen im Import von Proteinen in Mitochondrien führt. Der Grund dafür ist, dass Import-Proteinkomplexe durch den Mangel an PC destabilisiert werden.