Altruistischer Zelltod und neue Wege der Caspase vermittelten Apoptose in Saccharomyces cerevisiae

Abstract

In den letzten Jahren konnte der Einzeller Saccharomyces cerevisiae als Modellorganismus für apoptotische Prozesse etabliert werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein altruistischer Aspekt des apoptotischen Zelltodes der Hefe aufgeklärt. Im chronologischen Altern, also unter physiologischen Bedingungen, sterben die meisten Zellen einer klonalen Kultur mit den phänotypischen Markern der Apoptose. Dieser apoptotische Zelltod ist abhängig von der Hefecaspase Yca1p und reaktiven Sauerstoffspezies (ROS). Verhindert bzw. verzögert man aber den Zelltod im chronologischen Altern durch die Deletion der Hefecaspase Yca1p birgt dies auf lange Sicht Selektionsnachteile für die Population, denn gealterte Mutantenzellen sind im adaptiven Wachstum behindert. Außerdem überlebt der Wildtyp die Mutanten in einem kompetitiven Überlebensassay, hat also im direkten Vergleich langfristig Selektionsvorteile. Es konnte zudem gezeigt werden, dass alternde Hefezellen Substanzen sezernieren, die das Überleben von anderen alten Zellen fördern. Des Weiteren konnte die durch Lsm4p Mutation ausgelöste Apoptose mechanistisch näher charakterisiert werden. Da Lsm Proteine beim mRNA splicing und decapping involviert sind, wurde untersucht, welche von beiden Funktionen bei einer Fehlregulation Apoptose auslöst. Störungen im mRNA decapping durch Mutationen oder Disruptionen der beteiligten Proteine führen zu einem Zelltod, der mit den klassischen Marken der Apoptose einhergeht. Dieser Zelltod, nicht aber die mRNA Stoffwechselstörung kann durch die Disruption der Hefecaspase Yca1p verhindert werden.

During the past years, yeast has been successfully established as a model organism to study mechanisms of apoptotic regulation. In this thesis an altruistic aspect of apoptotic cell death of yeast is elucidated. During chronological aging, which represents a physiological scenario, most yeast cells of a monoclonal culture die exhibiting the phenotypic markers of apoptotic cell death. Age-induced cell death is dependent on the yeast caspase Yca1p and ROS. Disruption of age-induced apoptosis through deletion of yeast caspase YCA1 is disadvantageous for the monoclonal population, due to the fact that aged mutant cells lose the ability of regrowth. Moreover wild type cells outlast yca1 disruptants in direct competition assays indicating an evolutional advantage for wild type cells. It could be also shown that old yeast cells release substances into the medium that stimulate survival of other old cells. In addition apoptosis induced by mutation of Lsm4p was characterized further in its mechanism. As Lsm proteins have functions in mRNA splicing and decapping mechanisms, it was analyzed which process can cause apoptotic cell death. Interferences of mRNA decapping through deletion or mutation of proteins involved in this process lead to cell death accompanied by the classical markers of apoptosis. This cell death but not the disturbances in mRNA metabolism are dependent on yeast caspase Yca1p.