Autophagie und Qualitätskontrolle von Organellen

Autophagie ist ein konservierter Abbau- und Recyclingweg, über den eukaryotische Zellen eigene Proteine und Organellen zur Vakuole transportieren. Bei der Makroautophagie wird das abzubauende Material, das Cargo, in Doppelmembranvesikeln – den Autophagosomen – eingeschlossen, die anschließend mit der Vakuole fusionieren. Bei der nicht-selektiven Autophagie (Bulk-Autophagie) werden Teile des Cytoplasmas zufällig eingeschlossen, typischerweise als Reaktion auf Nährstoffmangel oder Stress. Bei der selektiven Autophagie erkennen Cargo-Rezeptoren spezifische Substrate wie Organellen, Proteinaggregate oder Enzyme und schleusen sie in Autophagosomen ein.
In filamentösen Ascomyceten ist Autophagie an vielen Entwicklungsprozessen beteiligt. Mithilfe revers-genetischer Ansätze konnten wir zeigen, dass die zentrale Autophagie-Maschinerie für die vielzellige Entwicklung von S. macrospora benötigt wird: SmATG8 und SmATG4 sind für die Fruchtkörperentwicklung, das vegetative Wachstum und die Ascosporenkeimung erforderlich, und SmATG12 wird für die Fruchtkörperbildung benötigt. Andere Komponenten sind unverzichtbar: SmATG7 sowie die Kinasen SmVPS34 und SmVPS15 sind essenziell für die Lebensfähigkeit. Der bZIP-Transkriptionsfaktor SmJLB1 reguliert die Autophagie-Gene Smatg8 und Smatg4.
Unsere aktuelle Arbeit konzentriert sich auf die selektive Autophagie. Wir haben SmNBR1, das Homolog des humanen Cargo-Rezeptors NBR1, identifiziert und gezeigt, dass es am selektiven Abbau von Peroxisomen (Pexophagie) beteiligt ist. Eine markierte Version des humanen NBR1 kann das pilzliche Protein funktionell ersetzen – ein Hinweis darauf, wie stark dieser Rezeptor konserviert ist.
Die Funktionsfähigkeit von Organellen wird auch durch weitere Qualitätskontrollsysteme gesichert. Die Lon-Protease SmLON2 ist überwiegend in Glyoxysomen lokalisiert; eine Mutante ohne SmLON2 bildet weniger Fruchtkörper und Ascosporen und kann unter mildem oxidativem Stress nicht wachsen. SmVAC14, das Gerüstprotein des Fab1/PIKfyve-Komplexes, ist wichtig für Größe und Morphologie der Vakuole, für die sexuelle Entwicklung und für die Reaktion auf Nährstoffmangel.
Unser Ziel ist es zu verstehen, wie selektive Autophagie und die Qualitätskontrolle von Organellen zum vegetativen Wachstum und zur Fruchtkörperentwicklung beitragen: welche Cargos abgebaut werden, wie sie erkannt werden und in welchem Entwicklungsstadium dies erforderlich ist.