Meyer, Hellmuth-Alexander: Identifizierung und Charakterisierung evolutionär konservierter Komponenten des Protein-Translokationsapparates im Endoplasmatischen Retikulum

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Kapitel 1. Zusammenfassung

In den letzten Jahren konnten die Hauptkomponenten des im rauhen Endoplasmatischen Retikulum (ER) befindlichen Protein-Translokationsapparates (Translokon) identifiziert werden. Bei vielen der gefundenen Komponenten des Translokons ist inzwischen bekannt, an welchen generellen Teilschritten des Proteintransportes sie beteiligt sind. Der posttranslationale Transport löslicher Proteine wurde dabei vor allem in der Hefe untersucht, wogegen der cotranslationale Transport von löslichen und Membranproteinen hauptsächlich in Säugern analysiert wurde. Viele der Komponenten des Translokons aus Hefe und Säuger sind konserviert. Jedoch gibt es einzelne Subkomplexe oder Teile von Subkomplexen, die bisher nur exklusiv in einer der beiden Gruppen von Eukaryonten identifiziert wurden. In der vorliegenden Arbeit konnte für zwei solcher Subkomplexe gezeigt werden, daß jeweils homologe Strukturen in beiden Modellorganismen existieren. Die vorgestellten Ergebnisse unterstützen somit die Aussage, daß das Translokon als ganzes in der ER-Membran hochgradig konserviert ist.

Der erste Teil der Arbeit befaßt sich mit der Signalpeptidase aus der ER-Membran der Hefe S. cerevisiae. Die Signalpeptidase setzt sich in der Hefe aus den vier Untereinheiten Sec11p, Spc1p Spc2p und Spc3p zusammen, wobei Spc2p und Spc3p erstmals in dieser Arbeit identifiziert wurden. Mit der Entdeckung der beiden neuen Proteine wurde es möglich jeder Untereinheit des Hefe-Komplexes ein entsprechendes homologes Protein aus dem Signalpeptidase-Komplex des Säugers zuzuordnen. Das für das Überleben der Zelle essentielle Sec11p besitzt dabei signifikante Homologien zu SPC18 und zu SPC21. Spc1p ist homolog zu SPC12, Spc2p zu SPC25 und Spc3p zu SPC22/23.

Die Analyse der Funktion von Spc3p ergab, daß das Protein ebenso wie Sec11p essentiell für das Überleben der Zelle ist. Die Deletion von SPC3 führt zu einer Akkumulation von sekretorischen Vorstufenproteinen in vivo, sowie zum Verlust der Spaltungsaktivität in vitro. Damit konnte gezeigt werden, daß im Gegensatz zu den monomeren Leaderpeptidasen der bakteriellen Plasmamembran (die deutliche Homologien zu Sec11p aufweisen) die heteromeren Signalpeptidase-Komplexe der eukaryontischen ER-Membran eine zweite Untereinheit neben Sec11p benötigen, um ihre Spaltungsfunktion auszuführen.

Spc2p spielt eine wichtige, jedoch nicht essentielle Rolle im Signalpeptidase-Komplex. Der Verlust von Spc2p reduziert die Spaltungsaktivität der Signalpeptidase in vitro. Auch wird Spc1p nicht mehr stabil in die Signalpeptidase integriert und die Mengen an Sec11p und Spc3p in der ER-Membran reduzieren sich. Außerdem konnte gezeigt werden, daß der Signalpeptidase-Komplex über die Spc2p Untereinheit mit den beta-Untereinheiten des Sec61-Komplexes und des Ssh1-Komplexes interagiert. Vermutlich wird es so der Signalpeptidase ermöglicht, während des Translokationsprozesses engen Kontakt zu der im Translokationskanal befindlichen Signalsequenz aufzunehmen.

Im zweiten Teil der Arbeit wurden neue Komponenten aus der ER Membran von Säugern aufgereinigt. In Säugerzellen findet der Großteil des Proteintransportes über die ER-Membran cotranslational statt. Für einige Substrate konnte jedoch auch im Säuger gezeigt werden, daß sie in einem SRP-unabhängigen, vermutlich posttranslationalen Modus ins Lumen des ER transportiert werden. In der Hefe S. cerevisiae erfolgt der posttranslationale Transport mittels des Sec-Komplexes, der sich aus dem Sec61-Komplex und dem Sec62/Sec63 Subkomplex zusammensetzt. Im Säuger kennt man hingegen bisher keine Komponenten, die den posttranslationalen Transportweg ermöglichen.

Die vorliegende Arbeit zeigt, daß in der ER-Membran von Säugerzellen ein ribosomenfreier Sec61-Komplex existiert, der mit zwei weiteren Membranproteinen assoziiert ist. Die beiden neuen Membranproteine weisen Homologien zu Sec62p bzw. Sec63p aus der Hefe auf und wurden dementsprechend Sec62 und Sec63 benannt. Beide Proteine werden ubiquitär in der ER-Membran expremiert, wobei interessanterweise die Proteine nicht nur im rauhen, sondern auch im glatten ER nachweisbar sind. Schätzungsweise liegen bis zu 15 % aller Sec61-Komplexe in der ER-Membran in Form des Sec61/62/63-Komplexes vor. Da die Rolle des Sec61/62/63-Komplexes während der Proteintranslokation noch unbekannt ist, werden mögliche Funktionen des Komplexes in der Arbeit diskutiert.


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Fri Feb 7 16:58:24 2003