Generierung und Charakterisierung eines neuen Tiermodells für Zellweger Syndrom (PEX19 KO-Maus) zum Studium der peroxisomalen Membranbiogenese
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Zusammenfassung
Peroxisomen sind Zellorganellen, die in allen eukaryotischen Zellen vorkommen. IhreHauptfunktionen liegen im Intermediärstoffwechsel reaktiver Sauerstoffverbindungen, demAbbau verschiedener Fettsäuren, von Eicosanoiden, Leukotrienen, Glycero- und Etherlipidensowie von Cholesterin. Sind Peroxisomen des Menschen in ihrer normalen Funktion gestört,kommt es zu einer Reihe von schwerwiegenden, immer tödlich verlaufenden Erkrankungen. Dieschwerste Form einer peroxisomalen Erkrankung, das cerebrohepatorenale Syndrom oder auchZellweger Syndrom, entsteht durch fehlerhafte Biogenese dieser Zellorganellen und dem damitverbundenen kompletten Ausfall aller peroxisomaler Stoffwechselwege. Da peroxisomaleStoffwechselwege auch andere Zellorganellen (z.B. glattes endoplasmatisches Retikulum,Mitochondrien, Cytoplasma) mit einschließen, scheitern häufig biochemische Untersuchungsmethoden.Das gezielte Ausschalten von Genen für die Peroxisomenbiogenese mit Hilfemoderner gentechnischer Methoden ermöglicht jedoch die Analyse der molekularen Folgeneiner Peroxisomen-Defizienz. Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine sog. Knockout (KO)-Mausmit PEX19-Defekt hergestellt, und die Rolle des cytoplasmatischen Pex19p-Proteins bei derperoxisomalen Membransynthese untersucht.Bisher wurden drei Proteine der Peroxinfamilie (Pex3p, Pex16p, Pex19p) mit der Synthese derperoxisomalen Membran in Verbindung gebracht. Das Pex19p spielt als cytoplasmatischesChaperon und Shuttle-Rezeptor für peroxisomale Membranproteine bereits im frühen Stadiumder Membranentstehung dieser Organellen eine wichtige Rolle. Sowohl durch histologische alsauch durch biochemische Analysen konnte nachgewiesen werden, dass diese Maus ähnlichephänotypische Merkmale zeigt, wie sie in bisher etablierten Knockout-Mausmodellen mitMatrixproteinimportdefekten oder auch bei Patienten mit Zellweger Syndrom beschriebenwurden. Mit dieser PEX19 KO-Maus konnten zellbiologische Untersuchungen in Bezug aufperoxisomale Membranreststrukturen ( ghosts ) und auf den zielgerichteten Einbauperoxisomaler Membran- und Matrixproteine ( targeting ) durchgeführt werden. Weiterhinwurden bisher unbekannte Veränderungen im Muster von mehrfach ungesättigten Fettsäurennachgewiesen.Im Zuge der phänotypischen Charakterisierung wurde nachgewiesen, dass bei Abwesenheit vonPex19p der Import von peroxisomalen Membran- und Matrixproteinen gestört ist. So werdenverschiedenste peroxisomale Membranproteine in andere Organellen (z.B. Mitochondrien)fehlgeleitet, und Matrixproteine verbleiben im Cytoplasma oder werden komplett abgebaut.Darüber hinaus konnten in Hepatocyten der PEX19 KO-Mäuse knäuelartige Lipid-Membranstrukturen in der Nähe von Glykogenfeldern nachgewiesen werden, an denen inWildtyptieren normale Peroxisomen zu finden sind. Diese Strukturen wurden bisher in keinerFibroblastenzelllinien von Patienten mit Defekten in den an der Membranbiogenese beteiligtenperoxisomalen Proteinen Pex3p, Pex16p und Pex19p beschrieben.In dieser Studie wurden außerdem fluoreszenzmikroskopische Untersuchungen zur Ablauf derNeuentstehung von Peroxisomen in primären embryonalen Fibroblasten von PEX19 KOMäusendurchgeführt, die ein eindeutiges Muster bei der Peroxisomenentstehung und reifungvermuten lassen.Verknüpfung zu Publikationen oder weiteren Datensätzen
Beschreibung
Anmerkungen
Erstpublikation in
Giessen : VVB Laufersweiler 2010