Regulation and signalling of Atg1 in autophagy

Autophagie ist ein in allen Eukaryoten konservierter, intrazellularer Transport- und Abbauprozess. Die bestuntersuchte Unterart der Autophagie – Makroautophagie – zeichnet sich durch die De-novo-Bildung von durch eine Doppelmembran begrenzten Vesikeln, sogenannten Autophagosomen, aus. Wahrend ihres Entstehens umhullen die Autophagosomen zytoplasmatisches Material (Cargo), und fusionieren nach ihrer Vollendung mit einem lytischen Organell. Dort wird das Cargo abgebaut und seine Bausteine wiederverwertet. Selektivitat fur bestimmtes Cargo wird durch Cargo-Rezeptorproteine erreicht, die an ihr spezifisches Substrat binden und die Autophagiemaschinerie dorthin rekrutieren. Eine konservierte Serin/Threonin-Kinase, in Saccharomyces cerevisiae als Atg1 bezeichnet, erlaubt die genaue Regulierung des Autophagie-Pathways. Die Kinasefunktion von Atg1 ist unentbehrlich fur den Ablauf der Autophagie; trotzdem wurde bisher uberraschend wenig Fortschritt bei der Identifikation von Atg1-Substraten und beim Verstehen des exakten Aktivierungsmechanismus von Atg1 gemacht. Die hier prasentierte Arbeit konzentriert sich auf das Entschlusseln der Funktion und der Regulation von Atg1 und das Zusammenspiel von Atg1 mit Cargo-Rezeptoren. Der Fokus des ersten Teils liegt auf der Identifizierung von Substraten von Atg1. Durch Verwendung eines Peptid-Arrays wurde die Konsensus-Sequenz von Atg1 ermittelt und Atg9, ein unentbehrlicher Bestandteil der Autophagiemaschinerie, als potentielles Substrat identifiziert. Die Phosphorylierung von Atg9 durch Atg1 erwies sich in einem fruhen Stadium der Autophagie als essentiell fur die Rekrutierung weiterer Proteine der Autophagiemaschinerie und die darauffolgende Bildung von Autophagosomen. Der zweite Teil beschaftigt sich mit der raumlichen und zeitlichen Regulierung der Atg1-Kinaseaktivitat in selektiver Autophagie. Unter Verwendung einer in unserem Labor entwickelten Methode zum induzierten Bypass (iPass) definierter Proteine eines Pathways wird gezeigt, dass zwei unabhangige Prozesse an der Vakuole konvergieren, um Atg1 zu aktivieren: Atg1 wird von seinem Bindungspartner Atg13 an die Vakuole rekrutiert. Parallel dazu wird von Rezeptorproteinen gebundenes Cargo von Atg11, einem als Interaktionsplattform dienenden Protein, an die Vakuole gebracht. Nur an der Vakuole kann Atg1 mit cargo-gebundenem Atg11 interagieren und so vollstandig aktiviert werden. Der Fokus des dritten Teils liegt auf der Regulierung selektiver Autophagie auf der Ebene der Cargorezeptoren. Es wird der Nachweis erbracht, dass die essentielle Kinase Hrr25 den Cargorezeptor Atg19 aktiviert. Diese Aktivierung geschieht durch Phosphorylierung spezifischer Serine im C-Terminus von Atg19 und ermoglicht die Interaktion mit Atg11 und damit den Ablauf selektiver Autophagie.