Regeln für ESCRT-III Assemblierung auf Organellen

Eukaryotischen Zellen benutzen molekulare Maschinen für die Biogenese ihrer Organellen. Einer der faszinierendsten molekularen Maschinen, die Membrane verformen kann und somit für Form und Funktion von Organellen verantwortlich ist, ist die sogenannte endosomal sorting complexes required for transport (ESCRT) Maschine. Die Bestandteile der ESCRT Maschine sind gut bekannt. Außerdem ist mittlerweile gut beschrieben dass die ESCRT Maschine transient an unterschiedlichsten Membrane assembliert, wie zum Beispiel an der Plasma Membran, an den Membrane des endo-lysosomalen Kompartiments, sowie an der inneren Membran des Zellkerns. Interessanterweise übt die ESCRT Maschine an diese Organellen spezifische Funktionen aus, die im Grunde alle mit Membran-Verformungen assoziiert sind. Wie genau die ESCRT Maschine diese unterschiedlichen Prozesse katalysiert ist nicht klar. In diesem Antrag gehen wir genau dieser Frage nach und planen die Assemblierung der ESCRT Maschine an der Plasma Membrane, an Endosomen und an der inneren Kern-Membran im molekularen Detail zu charakterisieren. Um diese Frage in lebenden Zellen zu beantworten werden wir neue molekulare Werkzeuge entwickeln. Dazu verwenden wir eine Kombination aus genetischen, biochemischen und bildgebenden Verfahren in Bäckerhefe (S. cerevisiae) und Spalthefe (S. japonicus), die dazu als die am besten geeigneten Modelsysteme herangezogen werden. Wir erwarten, dass die Resultate dieses Forschungs-Projekts, es erlauben werden, ein molekulares Regel-Werk für die Assemblierung von der ESCRT Maschine auf unterschiedlichen Organellen zu definieren. Im weiteren Sinne werden wir dadurch bessere Einblicke in die Prozesse erhalten, die für die Entstehung, die Funktion, und die Reparatur von Organellen verantwortlich sind. Damit werden wir die molekularen Mechanismen besser verstehen, die für Architektur von eukaryotischen Zellen verantwortlich sind.

Eukaryotische Zellen nutzen molekulare Maschinen für die Biogenese ihrer Organellen. Eine der faszinierendsten dieser Maschinen ist der endosomal sorting complex required for transport (ESCRT), der Membranen verformen kann und somit entscheidend für Form und Funktion von Organellen ist. Die Bestandteile der ESCRT-Maschine sind inzwischen gut charakterisiert. Ebenso ist beschrieben, dass ESCRT transient an sehr unterschiedlichen Membranen assembliert, etwa an der Plasmamembran, an Membranen des endo-lysosomalen Kompartiments sowie an der inneren Kernmembran. Interessanterweise erfüllt ESCRT an diesen Organellen jeweils spezifische Funktionen, die jedoch alle mit Membranverformungen verknüpft sind. Wie genau die ESCRT-Maschine diese unterschiedlichen Prozesse katalysiert, ist bislang unklar. In diesem Antrag gehen wir dieser Frage nach, indem wir die Assemblierung der ESCRT-Maschine an der Plasmamembran und an Endosomen im molekularen Detail charakterisieren. Um dies in lebenden Zellen zu untersuchen, haben wir neue molekulare Werkzeuge entwickelt und nutzen eine Kombination genetischer, biochemischer und bildgebender Verfahren in Saccharomyces cerevisiae, das hierfür das am besten geeignete Modellsystem darstellt. Unsere Daten zeigen, dass ESCRT-Komplexe an Endosomen und an der gestressten Plasmamembran zwar auf denselben intermolekularen Interaktionen beruhen, aber dennoch unterschiedlich arbeiten: An Endosomen sind die Komplexe kleiner und weniger dynamisch, um intraluminale Vesikel zu bilden. An der Plasmamembran hingegen sind sie größer und dynamischer und spielen eine zentrale Rolle bei der Reaktion auf Schwankungen im Sphingolipid-Haushalt sowie bei der Verhinderung von Membranschäden. Damit konnten wir ein molekulares Regelwerk für die Assemblierung der ESCRT-Maschine an verschiedenen Organellen definieren. Im weiteren Sinne liefern unsere Ergebnisse neue Einblicke in die Prozesse, die Entstehung, Funktion und Reparatur von Organellen steuern, und tragen so zum besseren Verständnis der molekularen Mechanismen bei, die die Architektur eukaryotischer Zellen bestimmen.