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Die HECT-Ligase Hul5, eine neue Komponente der ER-assoziierten Proteindegradation
(2007) Kohlmann, Sonja; Wolf, Dieter H. (Prof. Dr.)
Die meisten sekretorischen Proteine der eukaryontischen Zellen erreichen durch das endoplasmatische Retikulum (ER) den sekretorischen Signalweg. Sie gelangen vom Zytoplasma durch einen Kanal in der ER-Membran in das ER, wo sie ihre native Konformation erhalten. Das ER enthält ein strenges Qualitätskontrollsystem, welches fehlgefaltete Proteine erkennt, im ER zurückhält und letztendlich der ER-assoziierten Degradation (ERAD) zuführt. Die ER-Qualitätskontrolle und die ER-assoziierte Degradation sind eng miteinander verknüpft, und werden unter der Bezeichnung ER-Qualitätskontrolle und assoziierte Degradation (ERQD) zusammengefasst. Die ERQD ist von der Hefe bis hin zum Menschen ein hoch konservierter Prozess. Aus diesem Grund wird die Hefe Saccharomyces cerevisiae als Modellorganismus zur Erforschung solcher sogenannter „housekeeping“ Prozesse genutzt. In dieser Arbeit wurden durch einen genomweiten Screen neue Komponenten der ER-assoziierten Degradation identifiziert. Für diesen Screen wurden die EUROSCARF Hefe-Deletionsbank und das Screeningsubstrat Sec61-2L verwendet. Die Deletionsbank besteht aus etwa 5000 diploiden S. cerevisiae Stämmen mit je einer homozygoten Einfachdeletion. Bei dem Screeningsubstrat Sec61-2L handelt es sich um das nicht glykosylierte, mutierte Translokonprotein Sec61-2 und einer C-terminalen zytosolischen Fusion mit der 3-Isopropylmalat-Dehydrogenase (Leu2). Das für Sec61-2L kodierende Plasmid wurde in die leu2-auxotrophen Deletionsstämme transformiert und der Wachstumsphänotyp bei 38° auf Leucin-defizientem Medium getestet. Aufgrund der Punktmutation faltet sich Sec61-2 bei 38°C in einer Art und Weise, dass es der ER-Degradation unterliegt. Nur wenn Sec61-2L stabil vorliegt, also in Deletionsstämmen mit einem Defekt in der Erkennung oder der Degradation des fehlgefalteten Sec61-2L, ist ein Wachstum auf Leucin-defizientem Medium möglich. Auf diese Weise konnten über 40 bisher unbekannte, potentielle Komponenten der ER-Qualitätskontrolle und ER-assoziierten Degradation identifiziert werden. Unter anderem wurde durch diesen genomischen Screen die E4-Ligase Hul5 als Komponente des ERAD für dieses nicht glykosylierte Substrat gefunden. Des Weiteren war bereits durch einen entsprechenden Screen mit dem Substrat CTL* bekannt, dass Hul5 auch am Abbau dieses glykosylierten ERAD-Substrats beteiligt ist. In der vorliegenden Arbeit wurde nachgewiesen, dass für den vollständigen Abbau der ERAD-Substrate Sec61-2Lmyc und CTL*myc die katalytische Funktion der E4-Ligase Hul5 benötigt wird. Außerdem wurde gezeigt, dass der Abbau der Substrate Sec61-2Lmyc und CTL*myc im Wildtypstamm sowie in der HUL5 Deletionsmutante am N-Terminus einsetzt und über definierte Zwischenprodukte verläuft. Im Wildtypstamm kann auf diese Weise der Abbau der Substrate vollständig verlaufen. Im Gegensatz dazu erfolgt in der HUL5 Deletionsmutante ein Abbruch der Degradation am Proteasom, was zu einer Akkumulation der C-terminalen Abbaufragmente truncSec61-2Lmyc und truncCTL*myc führt. Des Weiteren wurde gezeigt, dass für den Abbau des N-terminalen Anteils von CTL*myc keine Extraktion des Proteins aus der ER-Membran notwendig ist. Demzufolge muß der N-Terminus von CTL*myc durch die ER-Membran in das Zytosol der Zelle ragen, wo die Ubiquitinierung und die Degradation des Substrats einsetzen. Außerdem wurde gefunden, dass auch das Proteasom an der Extraktion von CTL*myc aus dem ER beteiligt ist. Es ist bekannt, dass die E4-Ligase Hul5 gemeinsam mit dem deubiquitinierenden Enzym Ubp6 und dem Ubiquitin-konjugierenden Enzym Ubc4 den Abbau anderer proteasomaler Substrate regulieren kann. In dieser Arbeit wurde gezeigt, dass die Degradation des ERAD-Substrats CTL*myc durch Hul5, jedoch nicht durch Ubp6 und Ubc4 beeinflusst wird. Dieses Ergebnis gibt Hinweise auf weitere mit Hul5 agierende deubiquitinierende und Ubiquitin-konjugierende Enzyme.