Von Pilzen und Menschen: Duale Lokalisierung durch TGACT(A)-induziertes Überlesen des Stopcodons

Eukaryotische Zellen zeichnen sich durch den Besitz subzellulärer Kompartimente und Organellen aus. Diese Unterteilung ermöglicht es, bestimmte biochemische Reaktionen vom zytosolischen Milieu abzutrennen. So finden beispielsweise die Degradation von Fettsäuren und die Detoxifikation von H2O2 in Per...

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Main Author: Stiebler, Alina Claudia
Contributors: Bölker, Michael (Prof. Dr.) (Thesis advisor)
Format: Dissertation
Language:German
Published: Philipps-Universität Marburg 2017
Subjects:
Online Access:PDF Full Text
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Description
Summary:Eukaryotische Zellen zeichnen sich durch den Besitz subzellulärer Kompartimente und Organellen aus. Diese Unterteilung ermöglicht es, bestimmte biochemische Reaktionen vom zytosolischen Milieu abzutrennen. So finden beispielsweise die Degradation von Fettsäuren und die Detoxifikation von H2O2 in Peroxisomen statt. Damit die erforderlichen Proteine für diese Reaktionen zu ihrem charakteristischen Wirkungsort in der Zelle gelangen können, sind diese mit spezifischen Zielsteuerungssequenzen versehen. Der gerichtete Transport von Proteinen in die Peroxisomen erfolgt mit Hilfe spezifischer peroxisomaler Signalsequenzen (peroxisomal targeting signals, PTS), die entweder C-terminal (PTS1) oder am N-Terminus (PTS2) vorliegen und den Import in die peroxisomale Matrix vermitteln. Es besteht zudem die Möglichkeit, dass ein Protein gleichzeitig in mehreren zellulären Kompartimenten lokalisiert. Dieses Phänomen wird als duale Lokalisierung bezeichnet. In einigen Pilzen werden bestimmte Enzyme der Glykolyse, wie die Phosphoglyceratkinase (PGK), partiell in Peroxisomen lokalisiert. Für den peroxisomalen Import dieser Enzyme sind versteckte PTS1-Motive verantwortlich, die beispielsweise durch das programmierte Überlesen des Stopcodons während der Translation aktiviert werden können. In dem phytopathogenen Basidiomyzeten Ustilago maydis wird auf diese Weise eine peroxisomale Variante der Pgk1 erzeugt. Im Rahmen dieser Arbeit wurde das Überlesen des Stopcodons des U. maydis-Gens tpi1 untersucht, welches für das glykolytische Enzym Triosephosphat Isomerase (Tpi1) codiert. Es konnte gezeigt werden, dass effizientes Überlesen des tpi1-Stopcodons durch das kurze Motiv TGACT induziert wird. Mit Hilfe eines Reporterkonstrukts konnte außerdem gezeigt werden, dass TGACT-induziertes Überlesen des Stopcodons in U. maydis durch die Verfügbarkeit von Sauerstoff sowie die Oxygenase Tpa1 regulierbar ist. Ausgehend von dem Motiv TGACT wurden mittels bioinformatischer Analysen weitere peroxisomale Isoformen metabolischer Enzyme in U. maydis identifiziert, welche durch programmiertes Überlesen des Stopcodons gebildet werden können. Darüber hinaus wurde herausgefunden, dass ein programmiertes Überlesen des Stopcodons mittels des Stopcodonkontextes TGACTA auch in höheren Eukaryoten verbreitet ist und zur Bildung neuer Enzymvarianten mit peroxisomaler Lokalisierung dient. Dazu zählen die humanen Enzyme Malatdehydrogenase 1 und Laktatdehydrogenase B, deren peroxisomale Isoformen vermutlich als Bestandteil eines Redox-Shuttles an der Redox-Homöostase der Zelle beteiligt sind. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen somit, dass das Codierungspotenzial der DNA über den genetischen Standardcode hinausgeht und liefern einen Hinweis darauf, dass das metabolische Potenzial der Peroxisomen größer ist als bisher angenommen.
Physical Description:138 Pages
DOI:https://doi.org/10.17192/z2017.0706