Untersuchungen zur Proteintranslokation in psychrophilen Prokaryonten und zur Rolle von Sec61p in der ER-assoziierten Degradation in Saccharomyces cerevisiae

Abstract

Eine der beeindruckendsten Umwelten, die von Bakterien besiedelt werden ist die extreme Kälte. Nur wenig ist bekannt über die Anpassung von kältesensitiven, zellbiologischen Prozessen. In dieser Arbeit, präsentiere ich eine genomweite Analyse von psychrophilen, mesophilen und thermophilen Bakterien zur Identifikation struktureller Änderungen von klassischen Signalpeptiden, Tat-Signalpeptiden, Lipoproteinsignalpeptiden und Transmembrandomänen zur Anpassung an die Kälte. Der größte Unterschied ist, dass psychrophile Signalpeptide und Transmembrandomänen höhere Anteile an Ile beinhalten verglichen mit mesophilen. Sec61p ist ein mehrfach transmembranes Protein, dass einen Kanal in der Membran des endoplasmatischen Retikulums (ER) bildet. Es ist die Pore, die für den Import löslicher Vorläuferproteine und für die Insertion von Transmembrandomänen verantwortlich ist. Außerdem ist Sec61p von S. cerevisiae ein Kandidat für den Exportkanal in einem Prozess, der als ERAD bezeichnet wird. In dieser Arbeit untersuchte ich den N-Terminus und etablierte die sec61S2Y-Mutante, die defekt für die N-Acetylierung, posttranslationale Translokation und ERAD ist. Ich untersuchte die Mutante sec61Y345H in Hefe, deren Homolog in Mäusen Diabetes auslöst und identifizierte in einem neuen Screen eine vitale sec61-Mutante ohne Loop 7. Eine vollständige Deletion von Loop 7 führt zu starken Defekten im posttranslationalen Proteinimport von löslichen Proteinen ins ER und in ERAD von löslichen Substraten.

One of the most impressive environments bacteria settled in is the extreme cold. Little is known about adaptation of cold-sensitive cell biological processes. In this thesis, I present a genome-wide analysis of several psychrophilic, mesophilic and thermophilic bacteria to identify structural changes in classic signal peptides, Tat signal peptides, lipoprotein signal peptides and transmembrane domains to the cold. The most striking difference was that psychrophile signal peptides and transmembrane domains contained higher percentages of Ile compared to mesophiles. Sec61p is a multiple transmembrane protein that forms a channel in the membrane of the endoplasmic reticulum (ER). The pore is responsible for the import of soluble precursor proteins and for the insertion of membrane proteins. Furthermore, Sec61p of S. cerevisiae is a candidate for the export channel in a process named ERAD. In this thesis, I examined the role of the N-terminus and established the sec61S2Y mutant, defective for N-acetylation, posttranslational translocation and ERAD. I analyzed the sec61Y345H mutant, whose homolog in Mice causes diabetes and I identified a vital sec61 mutant lacking loop 7 in a new screen. A complete deletion of Loop 7 results in strong defects for its posttranslational protein import of soluble proteins in the ER and in the ERAD of soluble substrates.