Ein neues In-Vitro-Modell zur Untersuchung der Degradation von Peroxisomen

Peroxisomen sind Zellorganellen, die in fast allen eukaryonten Zellen vorkommen. Sie erfüllen wichtige Funktionen im Lipidstoffwechsel und beim Metabolismus von reaktiven Sauerstoffverbindungen. Bei Veränderungen der Stoffwechselsituationen werden sie in ihrer Enzymausstattung flexibel an neue Bedin...

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Main Author: Mehlhorn, Christian Tobias
Contributors: Lüers, Georg (Dr.) (Thesis advisor)
Format: Dissertation
Language:German
Published: Philipps-Universität Marburg 2008
Subjects:
CHO
Online Access:PDF Full Text
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Description
Summary:Peroxisomen sind Zellorganellen, die in fast allen eukaryonten Zellen vorkommen. Sie erfüllen wichtige Funktionen im Lipidstoffwechsel und beim Metabolismus von reaktiven Sauerstoffverbindungen. Bei Veränderungen der Stoffwechselsituationen werden sie in ihrer Enzymausstattung flexibel an neue Bedingungen angepasst, wobei es zum Umbau und Abbau der Organellen kommt. In höheren Eukaryonten ist bisher nur wenig bekannt über die Mechanismen der Degradation von Peroxisomen. Es bestehen jedoch zwei unterschiedliche Modellvorstellungen, nach denen die Peroxisomen entweder komplett auf dem Wege der Autophagie abgebaut werden oder alternativ durch eine Lipoxygenase derart geschädigt werden, dass peroxisomale Proteine dann im Proteasom abgebaut werden können. Um zu klären, welcher Abbauweg tatsächlich genutzt wird, wurde im Rahmen dieser Arbeit ein neues Modell zur Untersuchung der Degradation von Peroxisomen etabliert. Aus Voruntersuchungen war bekannt, dass ein Fusionsprotein aus dem peroxisomalen Membranprotein Pxmp2 mit dem grün fluoreszierenden Protein (GFP) einen toxischen Effekt auf die Peroxisomen ausübt. Ausgehend von diesen Beobachungen wurde eine stabile Zelllinie (BGL231) etabliert, in der die Expression des Pxmp2-GFP-Fusionsproteins unter der Kontrolle des Ecdyson-Promotorsystems induzierbar war. In diesen Zellen konnte die Degradation von Peroxisomen in einer synchronisierten Weise in allen Zellen induziert werden und war dadurch einer systematischen Untersuchung zugänglich. Im Verlauf der induzierten Peroxisomendegradation kam es zu charakteristischen morphologischen Veränderungen des zellulären GFP-Fluoreszenzmusters, so dass vier Stadien dieses Prozesses unterschieden werden konnten. Nach Expression reicherte sich das Pxmp2-GFP-Fusionsprotein zunächst in den Peroxisomen an, die dann nach ca. 24 Stunden zu großen Konglomeraten aggregierten und nach weiteren 24 Stunden der Induktion nicht mehr nach-weisbar waren. Das Pxmp2-GFP-Fusionsprotein war dann in diesen Peroxisomendefizienten Zellen in der mitochondrialen Membran lokalisiert. Der charakteristische Ablauf der indu-zierten Peroxisomendegradation konnte mit etablierten Induktoren und Inhibitoren der Autophagie beschleunigt oder in bestimmten Stadien arretiert werden. Eine Hemmung der Lipoxygenase hatte hingegen keinen Effekt auf den Degradationsprozess. Die Pxmp2-GFP-induzierte Peroxisomendegradation in höheren Eukaryonten verläuft daher in Analogie zur Autophagie und wird nicht durch die Lipoxygenase vermittelt. Während des gesamten Prozesses konnte keine Kolokalisationen von Lysosomen und Peroxisomen gezeigt werden, was die Vermutung zulässt, dass für die Peroxisomen eine von der regulären Autophagie abweichende spezifische Endstrecke der Degradation dieser Organellen existiert. Die hier etablierte Zelllinie stellt das erste Modellsystem zur Untersuchung der synchronisierten Peroxisomendegradation in höheren Eukaryonten dar. In dieser Studie ist es gelungen, damit das grundlegende Degradationsmuster für Peroxisomen aufzuklären. Mit Hilfe dieses Modellsystems sollen nun auch die molekularen Mechanismen dieses Prozesses in höheren Eukaryonten systematisch untersucht werden.
DOI:https://doi.org/10.17192/z2008.0596