Peroxisomen-Biogenese und -Physiologie

Abstract

Peroxisomen sind obligatorische Zellorganellen der Eukaryoten. Neben α- und β-Oxidation von Fettsäuren, vermitteln sie den Abbau von Purinen und reaktiven Sauerstoffspezies. Defekte der Peroxisomen-Biogenese können zu schwerwiegenden humanen Erkrankungen wie dem Zellweger-Syndrom beim Menschen führen, das durch einen vollständigen Verlust der Peroxisomen charakterisiert ist. Im Rahmen dieser Arbeit wurde mit dPex19 ein Schlüsselfaktor für die Drosophila Peroxisomen-Biogenese identifiziert und charakterisiert. Zur Funktionsanalyse von dPex19 wurden dpex19 Nullmutanten, Überexpressionsfliegenlinien und spezifische Antikörper gegen das dPex19 Protein hergestellt und verwendet. Immunfluoreszenzmarkierungen zeigten, dass dPex19 während der Drosophila-Entwicklung weitgehend ubiquitär exprimiert wird. Subzellulär lokalisierte dPex19 zytoplasmatisch und war partiell mit Peroxisomen- und dem ER assoziiert. Genetische Studien belegten, dass dPex19 eine maternale und eine zygotische Komponente aufweist: zygotische dpex19 Mutanten waren vornehmlich pupal letal, wenige erreichten das Adultstadium; wenn zusätzlich die maternale Komponente deletiert wurde, starben die Tiere im frühen Larvenstadium. Die gezielte Expression von dpex19 im Fettkörper und in den Malpighischen Gefäßen im Hintergrund der Nullmutante führte zur Rettung der Letalität. Neben Immunfluoreszenzmarkierungen bestätigten Ultrastrukturanalysen einen Verlust funktioneller Peroxisomen in dpex19 Mutanten. Die Analyse homozygoter Tiere zeigte, dass der dpex19 Funktionsverlust bereits im Larvenstadium zu Bewegungsdefekten führt. Ursache dieser Defekte könnte eine durch oxidativen Stress verursachte Neurodegeneration darstellen. Indizien hierfür lieferten Transkriptanalysen, die eine erhöhte Expression oxidativer Stressmarker zeigten. Histologische Untersuchungen bestätigten neurodegenerative Veränderungen des Gehirns adulter dpex19 Mutanten. Biochemische Analysen des Fettsäureprofils von dpex19 Mutanten offenbarten eine Akkumulation sehr langkettiger Fettsäuren bei gleichzeitiger Reduktion kurz- und mittelkettiger Fettsäuren. Dies kann durch den Verlust der Peroxisomen in dpex19 Mutanten und dem damit verbundenen Abbaudefekt sehr langkettiger Fettsäuren erklärt werden. Wurden dpex19 Mutanten mit einer speziellen Lipid-Diät gefüttert, die vornehmlich kurz- und mittelkettige Fettsäuren enthielt, führte dies zur Rettung der Letalität und Milderung der Mobilitätsdefekte. Zusammenfassend konnte mit dPex19 ein Schlüsselregulator der Peroxisomen-Biogenese im Drosophila Modellsystem charakterisiert werden. Die dpex19 Nullmutante wird in Zukunft die Möglichkeit eröffnen, Teilaspekte der Ätiologie des Zellweger-Syndroms an einem Tiermodell untersuchen zu können. Ein weiterer Teil der Dissertation befasst sich außerdem mit der Charakterisierung von Schlüsselfaktoren der späten Entwicklung des Tracheensystems, dem tubulären Atmungsorgan von Fruchtfliegen. Diese umfassen die Endozytoseregulatoren Wurst und Clathrin heavy chain (Chc) sowie das extrazelluläre Matrixprotein Obst-A.