Zelluläre Qualitätskontrolle durch Ubiquitinierung und die Bedeutung für Alterungsprozesse im filamentösen Ascomyceten Podospora anserina

Das Ziel dieser Dissertation war es die biologische Rolle der Ubiquitinierung und die Bedeutung für Alterungsprozesse im filamentösen Ascomyceten Podospora anserina zu untersuchen. Folgende Ergebnisse wurden dabei erzielt: 1. Ubiquitinierte Proteine wurden nachgewiesen und die Deubiquitinierung von Proteinen konnte durch den Einsatz der Inhibitoren Urea, PR-619 und PIC erfolgreich inhibiert werden, was die Anwesenheit aktiver Deubiquitinasen in P. anserina beweist. Zudem wurden erstmalig ubiquitinierte Proteine in P. anserina unter den zur Aufreinigung gewählten Bedingungen über die Technik der LC-MS/MS identifiziert. 2. Insgesamt wurden 1745 ubiquitinierte Proteine in P. anserina identifiziert, was ca. 16,4 % des gesamten Proteoms darstellt. Somit wurde erstmalig das Ubiquitinom des Ascomyceten P. anserina charakterisiert, welches Proteine aus allen zellulären Kompartimenten enthält. 3. Die erste im Rahmen dieser Arbeit durchgeführte umfassende Studie altersabhängiger Veränderungen im Ubiquitinom eines Organismus zeigt eine Herabregulation der Ubiquitinierung im Alter in der gesamten Zelle. Dem gegenüber steigt die Ubiquitinierung an den Mitochondrien leicht an und unterstreicht die Rolle einer mitochondrialen Qualitätskontrolle durch diesen Prozess. 4. Die Untersuchung der am Ubiquitinierungsprozess beteiligten E3-Ligase PaMUS10 zeigt, dass es sich bei Mus10 um ein essentielles Gen in P. anserina handelt, da die Deletion zu starken mitochondrialen Beeinträchtigungen und dem sofortigen Absterben des Organismus direkt nach der Keimung führt. 5. Zur weiteren Untersuchung von PaMus10 wurde erstmalig und vollständig ein Hygromycin-basiertes „Knockdown“-System in P. anserina etabliert, was die detaillierte Untersuchung eines essentiellen Gens in diesem Organismus ermöglichte. Durch dessen Einsatz konnte eine reduzierte Fertilität, eine verkürzte Lebensspanne sowie Veränderungen der mitochondrialen Morphologie und Funktion als direkte Folge einer PaMus10-Herabregulation nachgewiesen werden. 6. PaMUS10 ist vorwiegend cytosolisch lokalisiert wird aber unter oxidativem Stress oder in gealterten Kulturen an die Mitochondrien rekrutiert, was einen vergleichbaren Mechanismus zur menschlichen E3-Ligase PARKIN darstellt. 7. Der Verlust von PaMUS10 verursacht ein Präseneszenzsyndrom und führt zum vorzeitigen Absterben des Organismus, wohingegen die zusätzliche Expression von PaMus10::Gfp offenbar positive Effekte nach sich zieht, da hier eine deutliche Verlängerung der Lebensspanne beobachtet wurde. 8. Der Vergleich der beiden Ubiquitinome von ∆PaMus10/PaMus10 und Wthph1/2 zeigt eine massive Reduzierung der globalen Ubiquitinierung, welche offenbar durch das Fehlen von PaMUS10 ausgelöst wird und damit dessen Funktion als E3-Ligase untermauert. 9. Im Rahmen der hier durchgeführten Substratanalyse wurden insgesamt 131 Proteine identifiziert, von denen ca. 20 % dem Mitochondrium zugeordnet werden können. Aufgrund der diversen biologischen Prozesse und Funktionen dieser Substrate ist PaMUS10 sowohl in die Ubiquitinierung cytosolischer als auch mitochondrialer Proteine involviert und greift womöglich sogar als zentraler Schalter in die gesamte zelluläre Homöostase ein. Aufgrund der nicht unerheblichen Zahl der identifizierten ubiquitinierten Proteine (Ubiquitinom) und den fatalen Auswirkungen, die der Verlust einer E3-Ligase in diesem Organismus nach sich zieht, lässt sich folgende grundlegende Erkenntnis formulieren: Die Ubiquitinierung spielt in P. anserina eine bedeutende Rolle zur Aufrechterhaltung zellulärer Prozesse insbesondere der mitochondrialen Homöostase und beeinflusst dadurch positiv die Entwicklung und Alterung in diesem Organismus