Die sowohl in Pro- als auch in Eukaryoten vorkommenden Sco-Proteine übernehmen eine wichtige Funktion bei der Assemblierung der Cytochrom c Oxidase (COX, Komplex IV der Atmungskette). Eine Reihe von Publikationen legen zudem die Vermutung nahe, dass die Sco-Proteine neben der COX-Assemblierung weitere Funktionen ausführen können. Strukturelle Ähnlichkeiten zu antioxidativen Proteinen sowie experimentelle Daten, vor allem aus Prokaryoten, weisen auf eine mögliche Funktion im Zusammenhang mit der Abwehr von oxidativem Stress hin. Die Untersuchung dieser putativen Funktion war Gegenstand der vorliegenden Arbeit.
Als Modellorganismus diente die fakultativ anaerobe Hefe Saccharomyces cerevisiae, um eine von der COX-Assemblierung unabhängige Untersuchung zu ermöglichen. Da die potenzielle antioxidative Funktion der Sco-Proteine möglicherweise durch andere antioxidative Enzyme kompensiert und somit maskiert wird, wurden in Vorarbeiten Doppelmutanten generiert, in denen neben einem der SCO-Gene die Superoxid-Dismutase 1 (SOD1) deletiert ist (Δsco1Δsod1 u. Δsco2Δsod1). Diese Doppeldeletionsmutanten zeigten eine hohe Sensitivität gegenüber oxidativem Stress und bildeten den Ausgangspunkt der Experimente.
Durch phänotypische Analysen sowie die Quantifizierung der intrazellulären ROS-Level konnte bestätigt werden, dass die Stämme Δsco1Δsod1 und Δsco2Δsod1 erhöhtem oxidativen Stress ausgesetzt sind. Mittels 2D-DIGE-Analyse konnte außerdem gezeigt werden, dass bereits bei Einzeldeletion eines der beiden SCO-Gene die Abundanz mehrerer an der oxidativen Stressabwehr beteiligter Proteine erhöht ist. Letztlich konnte in einem inversen Ansatz aufgezeigt werden, dass die Überexpression von Sco2p in der Doppeldeletionsmutante Δsco2Δsod1 eine erhöhte Toleranz gegenüber PQ und geringere intrazelluläre ROS-Level im Vergleich zum Ausgangsstamm bewirkt.
Als zweiter Modellorganismus wurde die Pflanze Arabidopsis thaliana ausgewählt, die ebenfalls zwei Sco-Homologe (HCC1/HCC2) besitzt. Während HCC1 an der COX-Assemblierung beteiligt ist, wurde für HCC2 eine mögliche Rolle bei der Aufrechterhaltung der Redox-Homöostase postuliert. Ein weiterer Schwerpunkt dieser Arbeit lag daher auf der Untersuchung der möglichen Funktion von HCC2.
In mehreren Kreuzungsschritten wurden dafür – analog zum Ansatz in S. cerevisiae – Linien mit Knock-out von HCC2 und einem SOD-Gen erzeugt. Nach Identifizierung potenzieller Doppelmutanten und Nachweis der gewünschten Knock-out-Mutationen mittels Expressionsanalyse erfolgten phänotypische Untersuchungen unter verschiedensten Stressbedingungen. Unter dem Einfluss von Salzstress konnte für die Doppelmutanten mit Knock-out von HCC2 und SOD1 eine erhöhte Sensitivität beobachtet werden. Um jedoch eine Aussage über das mögliche Ausmaß von oxidativen Schäden in diesen Linien treffen zu können, sind weitere Untersuchungen notwendig.
Während die Ergebnisse aus den Versuchen mit A. thaliana nur vermuten lassen, dass die Sco-Proteine an der Abwehr von oxidativem Stress beteiligt sind, lieferten die Versuche mit S. cerevisiae eindeutige Hinweise, die für eine antioxidative Funktion der Sco-Proteine sprechen. Die möglichen, dieser Funktion zugrunde liegenden Mechanismen werden diskutiert.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:DRESDEN/oai:qucosa:de:qucosa:78030 |
| Date | 14 February 2022 |
| Creators | Kost, Luise |
| Contributors | Rödel, Gerhard, Westermann, Benedikt, Gey, Uta, Technische Universität Dresden |
| Source Sets | Hochschulschriftenserver (HSSS) der SLUB Dresden |
| Language | German |
| Detected Language | German |
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| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | info:eu-repo/grantAgreement/Europäische Union/Europäischer Sozialfonds (ESF) - Landesinnovationspromotion/100235479/ |
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