Untersuchungen des Prozesses und der Relevanz von Aggregation von fehlgefalteten Proteinen während des Alterungsprozesses in Saccharomyces Cerevisiae

• Antragsteller: Dr. Arthur Fischbach
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 396975076

Altern ist ein ubiquitärer Prozess. Er betrifft die meisten Lebewesen, besonders Tiere, aber auch viele einzellige Organismen. Altern ist charakterisiert durch einen Zeit-abhängigen funktionellen Verfall, der zum Tod des Organismus führt. Die molekularen Ursachen des Alterns sind immer noch kaum verstanden worden. Einer der Organismen, die am stärksten zur Alterungsforschung beigetragen hat ist die Bäckerhefe Saccharomyces cerevisiae. Trotz ihrer einzelligen Natur und Einfachheit, zeigt sie zelluläre Alterung, die viele Gemeinsamkeiten zu komplexeren Organismen aufweist. Proteinaggregate akkumulieren während ihrer Alterung gefolgt von einem Zusammenbruch von essentiellen zellulären Funktionen. Daher gelten die Proteinaggregate als ein Kennzeichen des Alterns. Dies kann einerseits auf eine reduzierte Kapazität des Protein Kontrollsystems aggregierte Proteine zu entfernen zurückgeführt werden, andererseits auf einen erhöhten Spiegel von schädigenden Metaboliten während des Alterns. Als zusätzliche Schutzmechanismen sind die Verschmelzung und Sequestrierung von Aggregaten innerhalb von protektiven, zellulären Einschlüssen evolviert. Auch die Effizienz dieser beiden Fähigkeiten verringert sich während des Alterns. Warum das geschieht ist immer noch unbekannt.Das erste Ziel dieses Antrages ist den Prozess der Proteinaggregation während des Alterns genauer zu untersuchen, insbesondere im Hinblick auf die Frage wie das Fusionieren von Proteinaggregaten während des Alterns abnimmt. Das zweite Ziel ist zu untersuchen wie relevant aggregierte Protein als mögliche Ursache für den Alterungsprozess von S. cerevisiae sind. Dies wird untersucht, indem neue Hefestämme und Ansätze entwickelt werden, die das Entfernen von Proteinaggregaten aus der Mutterzelle erlauben. Um das erste Ziel zu adressieren, wird eine fehlgefaltete, Temperatur-sensitive Variante der Pyrroline-5-carboxylate reductase (PRO3), d.h. pro3-1, verwendet. Es wurde beobachtet, dass pro3-1 während Hitze-Stress effizient in 1-2 Inklusionskörper eingebaut werden kann. Jedoch fusionieren pro3-1 Aggregate nicht effizient in alten Zellen und bilden stattdessen viele kleine Aggregate, was auf ein Versagen von spezifischen Protein-Kontrollsystemen hinweist. Das Ziel wird sein diese defekten Systeme zu identifizieren, indem ein High-Content Mikroskopie Screen verwendet wird unter Benutzung einer Hefe-Gendeletions-Bibliothek, modifiziert mit pro3-1-mRuby und Hsp104-GFP. Hsp104 ist eine Disaggregase und kann dazu verwendet werden um Inklusionsbildung und –Abbau nachzuverfolgen. Um die Relevanz von aggregierten Proteinen während des Alterns zu untersuchen und um herauszufinden ob sie eine Ursache für Altern darstellen, werden Proteinaggregate aus der Mutterzelle entfernt und in die Tochterzellen transportiert. Es wird untersucht wie das die Lebensspanne der Mutterzelle beeinflusst. Das Aggregat Targeting wird durch Benutzung eines Motorproteins erreicht, das mit der Disaggregase Hsp104 fusioniert ist.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Schweden
• Gastgeber: Professor Dr. Thomas Nyström