Identifizierung und Charakterisierung mitochondrialer Signalwege als zentrale Regulatoren der Apoptose in Saccharomyces cerevisiae

Abstract

Apoptose ist eine evolutionär konservierte Form des programmierten Zelltodes, die zunächst in dem Fadenwurm Caenorhabditis elegans und in Zellkulturen untersucht wurde. Die Entdeckung morphologischer Merkmale der Apoptose in Hefe sowie die Identifizierung einer Hefecaspase ließen diesen einzelligen Eukaryonten zu einem möglichen Modellorganismus für die Erforschung der Apoptose werden. Mitochondrien sind nicht nur die Energieerzeuger, sondern auch die „Waffenkammer“ der Zelle. Mitochondriale Cytochrom c-Ausschüttung in das Cytosol ist ein wichtiger Bestandteil des apoptotischen Signalweges in Säugerzellen. In dieser Arbeit wird nachgewiesen, dass die Mitochondrien auch bei der Hefeapoptose beteiligt sind. Bei der Induktion von Apoptose durch Überexpression der Hefecaspase Yca1p (Yeast Caspase 1) konnte eine Ausschüttung von Cytochrom c aus den Mitochondrien ins Cytosol beobachtet werden. Überdies ist die Caspase in Nullmutanten der beiden Isoformen von Cytochrom c in Saccharomyces cerevisiae nicht mehr in der Lage, ihre todbringende Wirkung zu entfalten. Umgekehrt wird durch eine Überexpression von Cyc1p, der unter aeroben Bedingungen exprimierten Isoform von Cytochrom c, eine verringerte Überlebensfähigkeit von S. cerevisiae hervorgerufen, was wiederum durch die Deletion des Hefegens YCA1 verhindert werden kann. Schließlich konnte gezeigt werden, dass für die Yca1p-vermittelte Apoptose eine intakte Atmungskette benötigt wird.

Apoptosis is an evolutionary conserved form of cell death on which research was primarily performed in the nematode Caenorhabditis elegans and in cell culture. Discovery of a mutant with morphological markers of apoptosis as well as identification of a yeast caspase made yeast a potential research tool for apoptosis. Mitochondria are not only the energy sources of cells but also “the armoury”. Cytochrome c release from mitochondria is a key player in the mammalian apoptotic pathway. In this thesis it is shown, that mitochondria also partake in yeast apoptosis. Induction of apoptosis through overexpression of yeast caspase Yca1p (Yeast Caspase 1) led to release of cytochrome c from mitochondria into the cytosol. Moreover, null mutants of either isoform 1 or 2 of cytochrome c in Saccharomyces cerevisiae are insensitive towards apoptosis induction through the yeast caspase. On the other hand, overexpression of Cyc1p, the cytochrome c isoform being expressed under aerobic conditions, decreases survival of S. cerevisiae, which can be prevented by deletion of the yeast gene YCA1. Finally, it could be shown, that Yca1p mediated apoptosis depends on a functionally intact respiratory chain.