Funktionelle Analyse von Proteasom-Subtypen aus Leber von Ratten verschiedener Altersstufen

Abstract

20S Proteasomen der Leber gehören ausschließlich zur Population der Intermediär-Proteasomen. Chromatographisch sind drei proteasomale Subpopulationen aufgrund unterschiedlicher Oberflächenhydrophobizität trennbar. Diese beinhalten unterschiedliche Mengen der Standard- und Immunountereinheiten und zeigen unterschiedliche spezifische Aktivitäten gegenüber kurzen fluorigenen Peptidsubstraten. Außerdem lassen sie sich deutlich anhand der Schnittfrequenzen bei Hydrolyse von Polypeptidsubstraten unterscheiden. Jede dieser Subpopulationen konnte aufgrund unterschiedlicher Oberflächenladung in bis zu 5 verschiedene 20S Proteasom-Subtypen unterteilt werden, die wiederum unterschiedliche Mengen an Standard- und Immununtereinheiten enthielten. Jeder dieser Subtypen zeigte unterschiedliche Eigenschaften bezüglich der spezifischen Aktivitäten und Hydrolysegeschwindigkeiten von Polypeptidsubstraten. Unterschiede wurden auch bezüglich ihrer Peptid-Spleiß-Aktivitäten nachgewiesen. In der vorliegenden Arbeit wurden darüber hinaus Veränderungen der Spektren proteasomaler Subtypen- und ihrer Eigenschaften im Lebergewebe von 2, 8 und 23 Monate alten Ratten nachgewiesen. Während die Gesamtmenge der Leber-Proteasomen mit steigendem Alter abnahm, nahm die Menge der Subtypen mit integrierten Immununtereinheiten zu. Gleichzeitig kam es zu einer altersabhängigen Zunahme der Hydrolysegeschwindigkeit gegenüber Polypeptide-Substraten sowie veränderten Schnitthäufigkeiten. Die altersabhängigen intramolekularen Umgestaltungen von Leberproteasomen könnten eine funktionelle Anpassung an die altersbedingten zellulären Veränderungen in Verbindung mit Veränderungen der MHC Klasse I Antigen-Präsentation darstellen.

20S proteasomes isolated from rat liver belong to the population of intermediate type proteasomes. Three subpopulations were separated by chromatography due to their differences in surface hydrophobicity. These subpopulations contain different types of intermediate type proteasomes with standard- and immunosubunits exhibiting distinct specific activities towards short fluorogenic substrates. However, depending on the substrate their hydrolyzing activity of long polypeptide substrates was significantly different. Additional separation of the three 20S proteasome subpopulations due to their different surface charges allowed further resolution of each subpopulation to at least five 20S proteasome subtypes. The subunit composition of these subtypes varied with regard to the content of exchangeable subunits. The pattern of proteolytic activities measured with short fluorogenic peptides differed between the various subtypes as well as the ability to hydrolyze polypeptide substrate. Above all, each subtype displayed a specific pattern regarding the peptide-splice-activity. Furthermore, the present work showed age-dependent alterations in the subtype patterns, which were analyzed in livers of 2, 8 and 23 month old rats. While the total amount of proteasome declines with age, in all subtypes from aged animals standard subunits were widely replaced by immunosubunits. This resulted in a relative increase of immunosubunit-containing proteasomes, paralleled by age-dependent changes regarding the hydrolyzing activity of long polypeptide substrates. Such modifications could have implications on protein homeostasis as well as on MHC class I antigen presentation as part of the immunosenescence process.