Molecular mechanisms of cargo selection in cytoplasm-to-vacuole targeting

Autophagie ist ein Degradationsweg, der in allen Eukaryoten vorkommt. Im Verlauf des Proteinabbaus durch Autophagie wird eine Membranstruktur, die sogenannte Isolationsmembran, de novo gebildet, welche zytoplasmatische Cargo umschliest und schlieslich ein doppelmembranstandiges Autophagosom bildet. Das so entstandene Autophagosom misst zwischen 140 und 900 nm im Durchmesser. Es wird entweder zur Vakuole (in Hefen) oder zum Lysosom (in hoheren Eukaryoten) transportiert, wo die ausere Membran mit dem Organell fusioniert um den inneren Vesikel zu entlassen. Nach Zersetzung der inneren Membran wird der Inhalt des Vesikels proteolytisch aufbereitet. Im Falle von Nahrstoffmangel wird Autophagie in Gang gesetzt und so Makromolekule in ihre Bausteine zu spalten, die dann weiterhin einen funktionellen anabolischen Metabolismus gewahrleisten. Allerdings konnen auch gezielt unabhangig von Nahrstoffverfugbarkeit bestimmte Substanzen durch Autophagie prozessiert werden. Ein Beispiel hierfur stellt der sogenannte cytoplasm-to-vacuole targeting pathway in Saccharomyces cervisiae dar. Mehrere Proteine werden hier spezifisch und konstitutiv zur Vakuole transportiert. Wahrend dieses Prozesses ist es von essentieller Bedeutung, dass nur die ausgewahlten Proteine, z. B. die Hydrolase prApe1, von der Membran umschlossen werden, um einen kontinuierlichen Energieverlust durch Abbau von funkionellem zytoplasmatischem Material zu vermeiden. Verantwortlich fur diesen spezifischen Proteintransport sind der Cvt-Rezeptor Atg19, das membranstandige Protein Atg8, das strukturelle Ahnlichkeit mit Ubiquitin aufweist und das zu transportierende Protein prApe1 (die inaktive Vorform des Enzyms Ape1). Die Interaktion dieser Faktoren garantiert Selektivitat des Cvt pathways. Im Zuge dieser Arbeit sollen die molekularen Mechanismen, die diesen Interaktionen zu Grunde liegen, durch verschiedene Experimente aufgezeigt werden.