Kopplung von Isolationsmembranwachstum mit Atg8 Lipidierung

Autophagie (griechisch für selbstfressen) ist ein Prozess der Zellen ermöglicht, defektes und schädliches Material, welches sich in ihnen ansammelt, einzukapseln und schließlich abzubauen. Das Einkapseln geschieht durch die Bildung einer Membranstruktur um das abzubauende Material. Wenn die Membran diese Substanzen vollständig umhüllt hat, schließt sie sich um ein Autophagosom zu bilden, welches anschließend mit den zellulären Recyclinganlagen, den Lysosomen, verschmilzt. Anschließend wird das eingeschlossene Material zerlegt und die einzelnen Bestandteile werden von der Zelle wiederverwendet. Der gesamte Prozess ist vergleichbar mit einem Müllsack (die Membran), der sich um unseren Müll wickelt, nur dass sich in unseren Zellen der Müllsack von neuem um das abzubauende Material bildet. Der Prozess der Autophagie ist für unsere Gesundheit wichtig und Defekte in diesem Prozess sind mit schweren Erkrankungen wie zum Beispiel Neurodegeneration und Krebs in Verbindung gebracht worden. Eine herausragende Frage im Feld ist, wie Autophagosomen gebildet werden und insbesondere, wie die Membran um das abzubauende Material wächst. Die Bildung von Autophagosomen wird von einer Vielzahl von Proteinen und Proteinkomplexen mit unterschiedlichen biochemischen Aktivitäten vermittelt.Darunter istder class III phosphatidylinositol 3-phosphate kinase c1 (PI3K) Komplex, welcher die Bildung eines Signallipids (PI3P) katalysiert. Der Atg2-Atg18 Komplex bindet hingegen das PI3P und transportiert Lipide zwischen Membranen, während der Atg12Atg5-Atg16 Komplex dabei hilft das kleine Atg8 Protein an die wachsende Membran anzuheften. Wir werden mit Hilfe einer Kombination von biochemischen und zellbiologischen Studien in der Hefe und menschlichen Zellen das Zusammenspiel dieser Proteinkomplexe untersuchen, um herauszufinden, wie diese die Bildung von Autophagosomen vermitteln. Unsere Untersuchungen werden fundamentale Einblicke in diesen unverstandenen Prozess gewähren.

Autophagie (griechisch für "Selbstverzehrung") ist ein Prozess, bei dem Zellen beschädigtes oder schädliches Material, das sich in ihnen ansammelt, einkapseln und schließlich abbauen. Diese Einkapselung erfolgt durch die Bildung einer Membranstruktur um die abzubauenden Substanzen. Sobald die Membran das schädliche Material vollständig umschlossen hat, schließt sie sich zu einem Autophagosom. Das Autophagosom fusioniert anschließend mit den Recyclingzentren der Zelle, den Lysosomen, wo das Material abgebaut und seine Bausteine recycelt und wiederverwendet werden. Dieser Prozess ist vergleichbar mit einem Müllbeutel (der Membran), der sich um den Abfall wickelt; in unseren Zellen wird der Beutel jedoch direkt am Ort des Materials neu gebildet. Autophagie ist für unsere Gesundheit unerlässlich, und Defekte in diesem Prozess wurden mit schweren Krankheiten wie Neurodegeneration und Krebs in Verbindung gebracht. Eine zentrale Frage in diesem Forschungsfeld ist, wie Autophagosomen gebildet werden und insbesondere, wie die Membran um das abzubauende Material wächst. Die Bildung von Autophagosomen wird durch mehrere Proteine und Proteinkomplexe mit unterschiedlichen biochemischen Aktivitäten vermittelt. Dazu gehört der Klasse-III-Phosphatidylinositol-3-Phosphat-Kinase-Komplex 1 (PI3K), der ein Signallipid, das Phosphatidylinositol-3-Phosphat (PI3P), in der Membran produziert. Das Atg2-Atg18-Komplex hingegen erkennt PI3P und kann Lipide zwischen Membranen übertragen. Schließlich erleichtert der Atg12-Atg5-Atg16-Komplex die Anheftung eines kleinen Proteins (Atg8) an die Membran, was für das Wachstum der Membran erforderlich ist. Wir nutzten eine Kombination aus biochemischen Rekonstitutionsansätzen und zellbiologischen Methoden in Hefen und Säugetierzellen, um zu untersuchen, wie diese Proteinkomplexe zusammenwirken und die Bildung von Autophagosomen vermitteln. Unsere Forschung zeigt, dass Autophagie-Proteine nach der PI3P-Produktion durch PI3K auf der Membran co-assemblieren. In Zellen erfolgt diese Co-Assemblierung auf Vesikeln, die das Atg9-Protein enthalten und somit als Keime für Autophagosomen dienen können. Das Atg2-Protein, das zu diesen Keimen rekrutiert wird, kann Lipide von Donor-Membranen importieren, die dann von der Autophagie-Maschinerie genutzt werden, um das Atg8-Protein an die Membran anzuheften. Abschließend haben wir einen Mechanismus entdeckt, durch den Zellen Vorläufer von Autophagosomen bilden können, was uns ermöglicht, die Hypothese aufzustellen, wie sich diese Keime schließlich zu einem vollständig entwickelten Autophagosom ausbilden.