Drei Prozessierungsschritte zur Lipidbiosynthese
Veröffentlichung im Journal of Biological Chemistry: Forscher entschlüsseln den Biogeneseweg eines zentralen Enzyms der Lipidbiosynthese
Mitochondrien sind als die Kraftwerke der Zelle sehr gut charakterisiert. Zudem sind Mitochondrien an zahlreichen Biosynthesen beteiligt. Sie spielen eine zentrale Rolle in der Generierung von Phospholipiden wie Phosphatidylethanolamin und Cardiolipin. Phospholipide bilden die Lipiddoppelschicht biologischer Membranen, die Zellen und Zellorganellen umgeben. Insbesondere Phosphatidylethanolamin und Cardiolipin spielen eine wichtige Rolle für die Funktionen vieler membrangebundener Proteine und für die Dynamik von Membranen. Deshalb können Unterfunktionen der mitochondrialen Lipidsynthese zu schweren Krankheiten mit Schwächung des Immunsystems und der Muskulatur führen.
Dr. Thomas Becker
Neue Einblicke in die Biogenese des Enzyms Psd1
Phosphatidylserindecarboxylase (Psd1) der mitochondrialen Innenmembran führt die Synthese von Phosphatidylethanolamin durch, eines der häufigsten Phospholipide aller Zellmembranen. Fehler im Reifungsprozess und in der Aktivierung des Enzyms verursachen einen reduzierten Gehalt an Phosphatidylethanolamin in den Zellmembranen. Einem Freiburger Forscherteam um BIOSS-Member Dr. Thomas Becker ist es in Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Günther Daum der Technischen Universität Graz/Österreich gelungen, grundlegende Einblicke in die Biogenese des Enzyms Psd1 zu gewinnen.
Reifung des Enzyms erfordert drei Prozessierungsschritte
Psd1 wird im Zytosol an Ribosomen als Vorstufenprotein mit einer mitochondrialen Signalsequenz hergestellt. Dieses Vorstufenprotein wird über Proteintranslokasen in die Mitochondrien importiert und in die Innenmembran integriert. Im Rahmen der Zusammenarbeit des Sonderforschungsbereichs SFB746 und des Exzellenzclusters BIOSS Centre for Biological Signalling Studies konnten Susanne Horvath aus Graz und Lena Böttinger aus der Arbeitsgruppe von Thomas Becker zeigen, dass die Reifung dieses Enzyms in den Mitochondrien drei Prozessierungsschritte erfordert: Zwei Proteasen der mitochondrialen Matrix entfernen nacheinander die Erkennungssequenz. Anschließend spaltet Psd1 sich selbst an einer konservierten Aminosäuresequenz. Diese Autoprozessierung ist Voraussetzung für die Erlangung der enzymatischen Aktivität. In diesem Schritt wird die enzymatisch aktive Domäne von ihrem Membrananker getrennt. Die Interaktion beider Psd1-Domänen bleibt jedoch bestehen und erlaubt dem Enzym, Phosphatidylethanolamin zu synthetisieren. Damit erfordert die Biogenese von Psd1 einen überraschend komplexen Reifungsmechanismus. Diese wichtigen Erkenntnisse zur Erzeugung der aktiven Psd1 wurden in der renommierten Fachzeitschrift Journal of Biological Chemistry publiziert.
Bedeutung für Regulationsmechanismen
Diese Entdeckungen geben einen Eindruck darüber, wie kompliziert der Weg zu einem aktiven Enzym in der mitochondrialen Innenmembran ist. Der Biogeneseweg von Psd1 war bislang nur wenig verstanden. Daher werden die neuen Erkenntnisse von zentraler Bedeutung für zukünftige Studien über die Synthese von Phosphotidylethanolamin und deren Regulationsmechanismen sein.
Originalveröffentlichung
Horvath, S.E., Böttinger, L., Vögtle, F.N., Wiedemann, N., Meisinger, C., Becker, T. and Daum, G. (2012)
Processing and topology of the yeast mitochondrial phosphatidylserine decarboxylase 1.
J. Biol. Chem. 287, 36744-36755.