Die zentrale Vakuole von Phaeodactylum tricornutum:Charakterisierung und Untersuchung des Proteintransports

Der Proteintransport zum Lysosomen bzw. der Vakuole erfolgt über das Endomembransystem (EMS), das sich in seiner einfachsten Form aus endoplasmatischen Retikulum, Golgi-Apparat, und Endosomen zusammensetzt. Die Membranen des EMS stehen über Vesikel, die durch Abschnüren und der Fusion mit der Zielmembran in Verbindung stehen. Damit ein Protein zu seinem Zielkompartiment gelangt, werden spezifische Targetingsignale benötigt, die entweder N-terminal, C-terminal oder innerhalb der Aminosäuresequenz des zu transportierenden Proteins lokalisiert sind. Diese Targetingsequenzen werden entweder von spezifischen Rezeptoren oder von Adapterprotein-Komplexen erkannt, die im späten sekretorischen Weg den Transport über Clathrin-umhüllte Vesikel vermittelt. Über den Proteintransport in die zentrale Vakuole der Diatomee Phaeodactylum tricornutum war bisher nichts bekannt. Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Proteinzusammensetzung der zentralen Vakuole über in silico und in vivo-Ansätze untersucht. Potentielle Vakuolenproteine wurden über bioinformatischen Analysen hinsichtlich N-terminaler Zielsteuerungssequenzen, Transmembrandomänen, konservierten Proteindomänen und potentiellen Targetingsignalen untersucht und anschließend mithilfe von exprimierten eGFP-Fusionenproteinen auf ihre subzelluläre Lokalisation untersucht. Dabei konnten neben den bereits bekannten vakuolären Membranproteinen neun weitere Vakuolenproteine identifiziert werden, die unter anderem auf einen Im-oder Export von Sekundärmetaboliten, Kationen und Polysacchariden hindeutet. Diese Ergebnisse dieser Arbeit legen nahe, dass die zentrale Vakuole neben der Speicherung von Chrysolaminarin auch lytische Funktionen hinsichtlich der Proteindegradation und bei der Detoxifizierung von Xenobiotika übernimmt. Ein weiterer Teil beschäftigte sich mit der Untersuchung des Proteintransports in die zentrale Vakuole sowie der Identifizierung von Targetingsignalen. Durch die Generierung von Aminosäureaustausch-Mutanten und Chimären gelang es mehrere Targetingsingale zu identifizieren und zu verifizieren. Hierbei konnte gezeigt werden, dass Tyrosin- oder Dileucinmotive für den vakuolären Proteintransport relevant sind. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass der Proteintransport zur zentralen Vakuole von P. tricornutum ähnlich wie in Pflanzen- oder Säugerzellen ablaufen könnte