Nuclear Import and Biogenesis of 26S Proteasomes in Yeast Saccharomyces cerevisiae

Titelblatt und Inhaltsverzeichnis Zusammenfassung Einleitung Ergebnisse und Diskussion Literatur- und Publikationsverzeichnis Eidesstattliche Erklärung und Danksagung Zusammenfassung Abstract26S Proteasomen übernehmen die spezifische Degradation kurzlebiger Proteine im Zyto- und Nukleoplasma, einen Prozess, der nahezu in alle Zellprozesse eingreift. Das 20S Proteasom bildet den proteolytisch aktiven Kernkomplex, an den sich zwei regulatorische 19S Komplexe anlagern. 20S Proteasomen bestehen aus alpha- und beta-Untereinheiten, die sich in vier Ringen mit alpha(1-7)beta(1-7)beta(1-7)alpha(1-7) Konfiguration anordnen. Ein reifes 20S Proteasom entsteht aus zwei Vorläuferkomplexen, die sich aus einem alpha(1-7) Ring und Vorläufern der beta-Untereinheiten zusammensetzen. Während der Zusammenlagerung zweier Vorläuferkomplexe erfolgt in einer autokatalytischen Reaktion die Prozessierung derr beta-Untereinheiten unter Freisetzung der aktiven Zentren im Innenraum der Protease. Ein kleines Protein, genannt Ump1, wird mit den Vorläuferkomplexen assoziiert vorgefunden und unterstützt den Reifungsprozess, wobei es im Innenraum eingeschlossen und mit der Vervollständigung der Maturierung als erstes Substrat des 20S Proteasoms verdaut wird. In Hefe, einem Modellorganismus der eukaryontischen Zelle, haben wir 26S Proteasomen vorwiegend im Kern und an der Kernhüllendoppelmembran vorgefunden, so dass wir vermuten, dass proteasomale Proteolyse vorrangig in diesem Zellkompartiment benötigt wird. Der Import von 26S Proteasomen in den Zellkern findet über Vorläuferkomplexe des 20S Proteasoms und Subkomplexen des regulatorischen 19S Komplexes statt, so dass nukleäre 26S Proteasomen im Kern assembliert werden. Der Rezeptor für klassische Kernlokalisationssequenzen, Karyopherin / Importin alpha/beta, ist für den Import proteasomaler Komponenten verantwortlich. Klassische Kernlokalisationsequenzen proteasomaler Untereinheiten wurden identifiziert. Eine dieser Kernlokalisationssequenzen ist für den Import des Basiskomplexes des regulatorischen 19S Komplexes essentiell und somit für die Funktionalität des nukleären 26S Proteasoms unentbehrlich. Ein weiteres hochmolekulares nukleäres Protein, genannt Blm3 (kürzlich umbenannt als Blm10), wurde mit einer späten Zwischenstufe der 20S Proteasomenreifung assoziiert vorgefunden und dürfte eine regulatorische Funktion bei der Maturierung des 20S Proteasoms im Kern einnehmen. Der Einfluss von Blm3 und verwandter Proteine auf die Assemblierung des 26S Proteasoms wird derzeit untersucht.26S proteasomes are protease complexes in the nucleo- and cytoplasm. They are responsible for selective degradation of short-lived proteins which regulate nearly all cellular processes. The proteolytically active core complex, the 20S proteasome, is faced by two regulatory 19S complexes. 20S proteasomes consist of alpha and beta subunits which are stacked in four rings with alpha(1-7) beta(1-7) beta(1-7) alpha(1-7) configuration. The mature 20S proteasome is formed by dimerisation of two precursor complexes, which consist of an alpha(1-7) ring and beta subunit precursors. During precursor complex dimerisation the beta subunit proproteins are processed by an autocatalytic reaction which yields the active site residues inside the proteolytic chamber. A small protein, named Ump1, is associated with precursor complexes and accompanies the maturation process. Burried inside the proteolytic chamber Ump1 becomes the first substrate of the matured 20S proteasome. In yeast, an eukaryotic model organism, the majority of proteasomes localizes to the nucleus and around the nuclear membrane suggesting that proteasomal proteolysis is mainly required in this subcellular compartment. Nuclear import of 26S proteasomes occurs via precursor complexes of the 20S proteasome and subcomplexes of the regulatory 19S complex. Thus, nuclear 26S proteasomes are most likely assembled in the nucleus. The proteasomal subcomplexes are recognized by the classical nuclear localization receptor, karyopherin / importin alpha / beta. Classical nuclear localization signals are present in proteasomal subunits. A subunit of the 19S base subcomplex harbours an essential nuclear localization sequence which is crucial for nuclear 26S proteasome function. Furthermore, the nuclear high molecular mass protein Blm3 (recently renamed Blm10) was found to be associated with late intermediates of 20S proteasome precursor complexes suggesting that Blm3 regulates late steps in nuclear 20S proteasome maturation. The impact of Blm3 and related proteins on 26S proteasome assembly is currently under investigation