Die Glucose-induzierte Katabolitinaktivierung der Fructose-1,6-bisphosphatase der Hefe Saccharomyces cerevisiae: neue Komponenten ihres Ubiquitin-Proteasom-katalysierten Abbaus

Abstract

Wachsen Hefezellen auf nichtfermentierbaren Kohlenstoffquellen, wird Fructose-1,6-bisphosphatase (FBPase) exprimiert. Nach externer Glucosegabe zu den Hefezellen wird das Schlüsselenzym der Gluconeogenese in einem Katabolitdegradation genannten Prozess schnell abgebaut. Der zelluläre Abbauort der FBPase wird kontrovers diskutiert. 2 verschiedene Abbauwege wurden beschrieben, von denen der eine von der vakuolären Proteolyse und der andere vom Ubiquitin-Proteasom-System abhängig ist. Gene, deren Deletionsmutantenstämme einen Defekt im glucoseinduzierten Abbau der FBPase aufweisen, werden GID- (glucose induced degradition deficient) Gene genannt. Mit den Genen GID4/VID24 und GID9/FYV10 wurden 2 neue Komponenten des proteasomalen FBPase-Abbauweges identifiziert. Zwei GID-Gene (GID4/VID24 und GID5/Vid28) wurden zuvor auch von der Gruppe um H.L. Chiang gefunden. Beide Gene sind auch am vakuolären Abbau der FBPase beteiligt. Deshalb wurde untersucht, ob noch mehr am vakuolären FBPase-Abbauweg beteiligte Gene auch am proteasomalen FBPase-Abbauweg beteiligt sind. Die drei untersuchten Gene VID22, VID27 und CPR1 zeigten allerdings keine Beteiligung am proteasomalen Abbau des Proteins. Hefezellen, die auf nichtfermentierbaren Kohlenstoffquellen wuchsen, exprimierten erst nach Glucosezugabe Vid24p. Das Protein wird innerhalb von ca. 120 min nach Glucosezugabe wieder abgebaut. Die Gene GID1, GID2, GID3, GID5, GID6, GID8 und GID9 sind für die Degradation von Vid24p essentiell. Vid24p ist ein mögliches proteasomales Substrat und übt seine Funktion im FBPase-Abbau erst nach der Ubiquitinierung der FBPase aus. Gid2p ist ein Teil eines mögliches Proteinkomplexes mit einer molekularen Masse von 600 kDa oder mehr. In Interaktionsstudien konnte eine Interaktion zwischen Gid2p und der FBPase gezeigt werden, für welche das aminoterminale Prolin der FBPase essentiell ist. Eine weiter Interaktion konnte zwischen Gid2p und dem Proteasom beobachtet werden.

Metabolic adaptation of Saccharomyces cerevisiae cells from a non-fermentable carbon source to glucose induces selective, rapid breakdown of the gluconeogenetic key enzyme fructose-1,6-bisphosphatase (FBPase), a process called catabolite degradation. The site of catabolite degradation has been controversial till now. Two FBPase degradation pathways have been described, one dependent on the cytosolic ubiquitin-proteasome machinery, the other dependent on vacuolar proteolosys. Genes, whose deletion mutants show an defect in the proteasome dependent catabolite degradation of FBPase, are called GID- (glucose induced degradation deficient) genes. Two novel GID-genes, GID4 / VID24 and GID9 /FYV10, were identified. Two of the GID-genes (GID4/VID24 and GID5/VID28) were also found by the group of H.L. Chiang. Both have a function in the vacuolar degradtion pathway of FBPase. Because of that more genes found by the group of Chiang were checked for involvement in the proteasome dependent degradation pathway. All 3 checked genes (VID22, VID27 and CPR1) showed no involvement in the proteasomal FBPase-degradation. Yeast cells, which were grown on non-fermentable carbon sources, express Vid24p after addition of glucose. 90 – 120 min after addition of glucose Vid24p is completely degraded. The Vid24p-degradation is Gid1p, Gid2p, Gid3p, Gid5p, Gid6p, Gid8p and Gid9p dependent. Vid24p is most likely a proteasomal substrate and acts in the FBPase-degradation after the ubiquitination of FBPase. Gid2p is a member of a protein complex with a molecular mass of 600 kDa or more. This was shown in a glycerol gradient. In this experiment the Gid2p was detected with a molecular mass of 600 kDa or more (monomeric Gid2p has 49 kDa). In interaction studies an interaction between Gid2p and FBPase was found, for which the aminoterminal prolin of FBPase is essential. Another interaction was found between Gid2p and the proteasome.