Expression und Funktion von Yno1, einer Hefe NADPH-Oxidase

Wie wir in einer vor kurzem erschienenen Publikation (Rinnerthaler et al., 2012) zeigen konnten, enthält die Hefe S. cerevisiae eine genuine NADPH Oxidase, die von dem Leserahmen YGL160W kodiert wird. Das Enzym ist im endoplasmatischen Retikulum lokalisiert und wurde von uns Yno1 (yeast NADPH oxidase 1) genannt. Ein früherer Name diese Gens und Enzyms ist AIM14, mit Bezug auf die Tatsache dass die Deletionsmutante dieses Gens spontan atmungsdefiziente Mutanten erzeugt. Dies deutet auf eine Interaktion des Proteins mit den Mitochondrien hin, für die wir Beweise gefunden haben. Für die wesentliche Funktion dieses Enzyms in der Regulation des Aktinzytoskelettes konnten wir eine Reihe von Beweisen und Hinweisen vorlegen, die darauf hindeuten, dass die Nukleation und Homeostase von F-Aktin beim Wachstum auf Glukose (und in der Diauxie, wenn die Glukose verbraucht ist) durch ein Redox-Signal gesteuert wird, das von Yno1p ausgeht. In einer folgenden Publikation (Leadsham et al., 2013) zeigten wir, dass Yno1 für die ROS Produktion in atmungsdefizienten cox4 Mutanten verantwortlich ist und dass Yno1 in WT Zellen zur Zeit der Diauxie durch ERAD (endoplasmic reticulum associated degradation) abgebaut, in den Mutantenzellen aber stabilisiert wird. Die Stabiliserung der Yno1 Aktivität in den Zellen hängt ab von der Relokalisierung von Ras2 an die Mitochondrien und von dem Bromodomäne-Transkriptionsfaktor Bdf1. In einem weiteren paper (Reddi et al., 2012) wird gezeigt, dass Yno1 abhängig von Sod1 (Cu/Zn Superoxiddismutase) in Gegenwart von Glukose und O2 die Caseinkinasen der Hefe, Yck1 und Yck2, stabilisert und dadurch eine Reduktion der Zellatmung bewirkt. Unsere wesentliche Arbeitshypothese für dieses Projekt wird gestützt durch die Hypersensitivität der yno1 Deletionsmutante für Inhibitoren des Aktinzytoskelettes (Wiskostatin und LatrunculinB), die klinisch als Zytostatika in der Krebstherapie verwendet werden, und die Reversion dieses Effektes durch niedrige nicht toxische Konzentrationen von Wasserstoffperoxid. Diese Arbeitshypothese wollen wir im vorliegenden Projekt genauer untersuchen und festigen. Daraus ergeben sich als Ziele des Projektes: 1) die Identifikation und quantitative Analyse der reaktiven Sauerstoffspezies (ROS), die in den eben genannten Prozess als Signalstoff dient. Unserer Hypothese nach und Befunden aus menschlichen Zellen folgend könnte dies Wasserstoffperoxid sein, das als Produkt von Sod1p und Yno1p entsteht. 2) Untersuchung der Hypothese dass Yno1p zusammen mit Mitochondrien als Signalverstärker dient. 3) Identifizierung der Proteinmodule, die an der Signalübertragung beteiligt sind und Auklärung des Mechanismus der Regulation des Aktinzytoskeletts durch das Redox-Signal. In diesem Projekt wird eine neuartige Steuerung des Zytoskelettes und des Zellzyklus untersucht, die potentiell von großer Bedeutung für die zytostatische Therapie maligner Tumoren ist.

In diesem Projekt haben wir gefunden, dass das Actinzytoskelett in eukaryotischen Zellen durch eine hochkonservierte NADPH Oxidase gsteurt wird, die im endoplasmatischen Reticulum lokalisiert ist und über die Produktion von H2O2 als second messenger funktioniert. In Krebszellen ist diese NADPH Oxidase für die Beweglichkeit der Zellen und somit für die Bildung von Metastasen verantwortlich. Dieses Enzym ist daher ein mögliches Target für Krebstherapie.