Zusammenfassung, Grafiken und Mindmaps von Analyse

Nur auf Docsity: Lade Zusammenfassung und mehr Grafiken und Mindmaps als PDF für Analyse herunter! 7 Zusammenfassung Für die Aufrechterhaltung der zellulären Homöostase ist das Gleichgewicht zwischen dem Abbau und der Neusynthese von Proteinen eine essentielle Vorraussetzung. Die Anhäufung von fehlerhaften Proteinen kann dieses Gleichgewicht durch Auslösen eines protektiven Mechansimus, der „Unfolded protein response“ (UPR), empfindlich stören. Die UPR ist charakterisiert durch eine Hemmung der ribosomalen Proteinneusynthese und der Aktivierung unterschiedliche protektiver Wege, die korrekte Proteinfaltung för- dern oder den Abbau der fehlerhaften Proteine bewirken. Sekretorische Glycoproteine, zu denen viele Proteine mit spezialisierten Funktionen in der zellulären Signaltransduktion gehören, werden während der Translation in das Lu- men oder in die Membran des Endoplasmatischen Reticulums (ER) synthetisiert. Das ER ist das erste Kompartiment des sekretorischen Transportwegs und erfüllt eine wich- tige Funktion in der intrazellulären Qualitätskontrolle. Das ist ein Mechanismus, der die Zelle vor fehlerhaften Proteinen schützt und so zum Überleben beiträgt. Bei bestimmten Erbkrankheiten werden Proteine gebildet, die nicht den richtigen Faltungzustand auf- weisen, um an ihren Bestimmungsort zu gelangen oder ihre korrekte Funktion auszu- üben. Sie werden von der Qualitätskontrolle erkannt, retiniert und dem Proteinabbau zugeführt. Das ER weist hierfür einen speziellen Mechanismus auf, die ER-assozierte Degradation (ERAD). Dabei werden fehlgefaltete Proteine von Komponenten des Qua- litätskontrollsystems erkannt, über die ER-Membran ins Cytosol freigesetzt und durch das Markermolekül Ubiquitin für den Abbau gekennzeichnet. Dort baut ein proteolyti- scher Komplex, das Proteasom, die polyubiquitinierten Proteine ab. Das Proteasom stellt ein neues Ziel für die Therapie bestimmter Krankheiten dar. Ein erster Arzneistoff, Bortezomib, kann die proteinabbauenden Aktivitäten des Proteasoms inhibieren und verbessert dabei die Überlebenszeit von Patienten, die am Multiplen Myelom leiden, einer Knochenkrebserkrankung. Der genaue Wirkmechanismus von Bortezomib ist un- bekannt und die Therapie ist bisher mit schweren Nebenwirkungen verbunden. Somit stellt die Erforschung der komplexen molekularen Grundlagen des proteasomalen Ab- baus eine große Herausforderung dar. Das Modellprotein dieser Studie, der Vasopressin V2 Rezeptor (V2R), ist ein Protein welches über den sekretorischen Transportweg zur Plasmamembran transportiert wird. Dort vermittelt der Rezeptor die anti-diuretische Wirkung des Hormons Vasopressin. Durch Mutationen im AVPR-Gen, welches für den Vasopressin V2 Rezeptor kodiert, kommt es zu V2R Mutanten, die durch die veränderte Proteinfaltung einen Transportde- fekt aufweisen können. Sie werden von der Qualitätskontrolle der Zelle erkannt und in 8 allen Kompartimenten des sekretorischen Transportwegs retiniert: im ER (L62P), im ER-Golgi Intermediär Kompartiment (ERGIC) (V226E) oder Golgi-Apparat (G201D). Durch die Retention ist die Lokalisation der Rezeptoren an der Plasmamembran redu- ziert oder nicht mehr vorhanden und verursacht das Krankheitsbild des Nephrogenen Diabetes Insipidus (NDI). Patienten sind nicht mehr in der Lage, ihren Urin aufzukon- zentrieren und leiden deswegen an Polyurie und Polydipsie. Es sind bereits mehr als 170 krankheitsauslösende Mutationen des V2R beschrieben worden. Durch diese Viel- zahl an Mutationen kommen diese in allen Domänen des Rezeptors vor. Diese struktu- relle Besonderheit des V2R bietet ein interessantes Modell für die Analyse des Zusam- menhangs zwischen Qualtätskontrolle und intrazelluärer Proteindegradation, besonders in Bezug auf Rezeptoren, die in post-ER Kompartimenten zurückgehalten werden. Das Ziel dieser Arbeit war die Aufklärung der Degradationswege unterschiedlicher V2R Mutanten. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass das Qualitätskontrollsystem bestimmt, wel- cher Degradationsweg eingeschlagen wird. Komplex-glykosylierte wildtypische V2Rs und im Golgi-Apparat retinierte G201D Mutanten können die Qualitätskontrolle von ER und ERGIC überwinden und zeigen Kolokalisation mit Lysosomen. Kernglykosy- lierte, unreife Formen aller untersuchten Mutanten und des wildtypischen Rezeptors, auch die im ERGIC-lokalisierte Mutante V226E, wurden vom lysosomalen Abbausys- tem ausgeschlossen. Es konnte in dieser Arbeit gezeigt werden, dass die unreifen For- men aller untersuchten Rezeptoren mit ERAD Komponenten interagieren und protea- somal degradiert werden. Das humane ERAD ist bisher nur unzureichend charakteri- siert. Es gibt viele offene Frage bezüglich des Zusammenspiels der einzelnen Kompo- nenten. Die untersuchten unreifen Rezeptorformen konnten ein zentrales ERAD Protein, die AAA ATPase p97/Valosin-containing protein (p97/VCP) kopräzipitieren. p97/VCP ist an allen bekannten ERAD Wegen beteiligt. Vermutlich spielt die ATPase eine Rolle bei der Extraktion von membranständigen Proteinen. Ein weiteres bekanntes Protein, Der- lin-1, wurde ebenfalls mit allen Rezeptoren kopräzipitiert. Die genaue Funktion von Derlin-1 ist nicht bekannt, aber es ist nicht in allen bekannten ERAD Wegen von Be- deutung. Deswegen werden die Wege nach der Derlin-1 und E3 Ligasen Beteiligung unterschieden. Carvalho et al. konnten zeigen, dass es in der Hefe Saccharomyces cere- visiae drei unterschiedliche ERAD Wege gibt. Über den ERAD-C Weg werden Substra- te abgebaut, die Mutationen in der cytoplasmatischen Proteindomäne haben. ERAD-M degradiert Proteine mit Fehlfaltungen im Transmembranbereich, während ERAD-L Proteine mit luminal lokalisierten Mutationen abbaut. Dazu stehen die hier erhaltenen Ergebnisse in starkem Kontrast: nur ein Derlin-1 / p97/VCP abhängiger ERAD Weg baut die V2Rs mit Mutationen in unterschiedlichen Rezeptordomänen in humanen Zel- len ab. Bei diesem Abbauweg werden die Rezeptoren von einer noch unbekannten Ubi-