KeaA, a Dictyostelium kelch-domain protein that regulates the response to stress and development

Background: The protein kinase YakA is responsible for the growth arrest and induction of developmental processes that occur upon starvation of Dictyostelium cells. yakA-cells are aggregation deficient, have a faster cell cycle and are hypersensitive to oxidative and nitrosoative stress. With the aim of isolating members of the YakA pathway, suppressors of the death induced by nitrosoative stress in the yakA-cells were identified. One of the suppressor mutations occurred in keaA, a gene identical to DG1106 and similar to Keap1 from mice and the Kelch protein from Drosophila, among others that contain Kelch domains. Results: A mutation in keaA suppresses the hypersensitivity to oxidative and nitrosoative stresses but not the faster growth phenotype of yakA-cells. The growth profile of keaA deficient cells indicates that this gene is necessary for growth. keaA deficient cells are more resistant to nitrosoative and oxidative stress and keaA is necessary for the production and detection of cAMP. A morphological analysis of keaA deficient cells during multicellular development indicated that, although the mutant is not absolutely deficient in aggregation, cells do not efficiently participate in the process. Gene expression analysis using cDNA microarrays of wild-type and keaA deficient cells indicated a role for KeaA in the regulation of the cell cycle and pre-starvation responses. Conclusions: KeaA is required for cAMP signaling following stress. Our studies indicate a role for kelch proteins in the signaling that regulates the cell cycle and development in response to changes in the environmental conditions.

The P450 oxidoreductase, RedA, controls development beyond the mound stage in Dictyostelium discoideum

Background: NADPH-cytochrome- P450 oxidoreductase (CPR) is a ubiquitous enzyme that belongs to a family of diflavin oxidoreductases and is required for activity of the microsomal cytochrome-P450 monooxygenase system. CPR gene-disruption experiments have demonstrated that absence of this enzyme causes developmental defects both in mouse and insect. Results: Annotation of the sequenced genome of D. discoideum revealed the presence of three genes (redA, redB and redC) that encode putative members of the diflavin oxidoreductase protein family. redA transcripts are present during growth and early development but then decline, reaching undetectable levels after the mound stage. redB transcripts are present in the same levels during growth and development while redC expression was detected only in vegetative growing cells. We isolated a mutant strain of Dictyostelium discoideum following restriction enzyme-mediated integration (REMI) mutagenesis in which redA was disrupted. This mutant develops only to the mound stage and accumulates a bright yellow pigment. The mound-arrest phenotype is cell-autonomous suggesting that the defect occurs within the cells rather than in intercellular signaling. Conclusion: The developmental arrest due to disruption of redA implicates CPR in the metabolism of compounds that control cell differentiation.

Expression of growth factors in Dictyostelium discoideum

Growth factors and their binding proteins are important proteins regulating mammalian cell proliferation and differentiation so there is considerable interest in producing them as recombinant proteins, especially in hosts that do not already produce a complex mixture of growth factors. Many growth factors require posttranslational modifications making them unsuitable for production in Escherichia coli or other prokaryotes. Since several expression vector systems have been recently developed for foreign protein production in the cellular slime mould, Dictyostelium discoideum, we attempted to use two of these systems to express human insulin-like growth factor binding protein 6 (hIGFBP6) and bovine beta-cellulin (bBTC) as secreted proteins. Although both proteins were successfully produced in stably transformed amoebae, no secretion was detected in spite of several attempts to facilitate this occurring.

Purification by reflux electrophoresis of whey proteins and of a recombinant protein expressed in Dictyostelium discoideum

Protein purification that combines the use of molecular mass exclusion membranes with electrophoresis is particularly powerful as it uses properties inherent to both techniques. The use of membranes allows efficient processing and is easily scaled up, while electrophoresis permits high resolution separation under mild conditions. The Gradiflow apparatus combines these two technologies as it uses polyacrylamide membranes to influence electrokinetic separations. The reflux electrophoresis process consists of a series of cycles incorporating a forward phase and a reverse phase. The forward phase involves collection of a target protein that passes through a separation membrane before trailing proteins in the same solution. The forward phase is repeated following clearance of the membrane in the reverse phase by reversing the current. We have devised a strategy to establish optimal reflux separation parameters, where membranes are chosen for a particular operating range and protein transfer is monitored at different pH values. In addition, forward and reverse phase times are determined during this process. Two examples of the reflux method are described. In the first case, we describe the purification strategy for proteins from a complex mixture which contains proteins of higher electrophoretic mobility than the target protein. This is a two-step procedure, where first proteins of higher mobility than the target protein are removed from the solution by a series of reflux cycles, so that the target protein remains as the leading fraction. In the second step the target protein is collected, as it has become the leading fraction of the remaining proteins. In the second example we report the development of a reflux strategy which allowed a rapid one-step preparative purification of a recombinant protein, expressed in Dictyostelium discoideum. These strategies demonstrate that the Gradiflow is amenable to a wide range of applications, as the protein of interest is not necessarily required to be the leading fraction in solution. (C) 1997 Elsevier Science B.V.

Biologische Variabilität bei der Musterbildung von 'Dictyostelium discoideum'

Magdeburg, Univ., Fak. für Naturwiss., Diss., 2010

Dictyostelium discoideum as an expression host for the circumsporozoite protein of Plasmodium falciparum.

We have used the cellular slime mold, Dictyostelium discoideum (Dd), to express the Plasmodium falciparum circumsporozoite protein (CS), a potential component of a subunit vaccine against malaria. This was accomplished via an expression vector based on the discoidin I-encoding gene promoter, in which we linked a sequence coding for a Dd leader peptide to the almost complete CS coding region (pEDII-CS). CS production at both the mRNA and protein levels is induced by starving cells in a simple phosphate buffer. Variation in pH or cell density does not seem to influence CS synthesis. CS-producing cells can be grown either on their normal substrate, bacteria, or on a semi-synthetic media, without affecting CS accumulation level. The CS produced in Dd seems similar to the natural parasite protein as judged by its size and epitope recognition by a panel of monoclonal antibodies. We constructed a second expression vector in which the CS is under the control of a Dd ras promoter. CS accumulation can then be induced by external addition of cAMP. Such a tightly regulated promoter may allow expression of proteins potentially toxic to the cell. Thus, Dd could be a useful eukaryotic system to produce recombinant proteins, in particular from human or animal parasites like P. falciparum.

Anchoring of an immunogenic Plasmodium falciparum circumsporozoite protein on the surface of Dictyostelium discoideum.

The circumsporozoite protein (CSP), a major antigen of Plasmodium falciparum, was expressed in the slime mold Dictyostelium discoideum. Fusion of the parasite protein to a leader peptide derived from Dictyostelium contact site A was essential for expression. The natural parasite surface antigen, however, was not detected at the slime mold cell surface as expected but retained intracellularly. Removal of the last 23 amino acids resulted in secretion of CSP, suggesting that the C-terminal segment of the CSP, rather than an ectoplasmic domain, was responsible for retention. Cell surface expression was obtained when the CSP C-terminal segment was replaced by the D. discoideum contact site A glycosyl phosphatidylinositol anchor signal sequence. Mice were immunized with Dictyostelium cells harboring CSP at their surface. The raised antibodies recognized two different regions of the CSP. Anti-sporozoite titers of these sera were equivalent to anti-peptide titers detected by enzyme-linked immunosorbent assay. Thus, cell surface targeting of antigens can be obtained in Dictyostelium, generating sporozoite-like cells having potentials for vaccination, diagnostic tests, or basic studies involving parasite cell surface proteins.

Pseudomonas aeruginosa virulence genes identified in a Dictyostelium host model.

The human pathogen Pseudomonas aeruginosa has been shown previously to use similar virulence factors when infecting mammalian hosts or Dictyostelium amoebae. Here we randomly mutagenized a clinical isolate of P. aeruginosa, and identified mutants with attenuated virulence towards Dictyostelium. These mutant strains also exhibited a strong decrease in virulence when infecting Drosophila and mice, confirming that P. aeruginosa makes use of similar virulence traits to confront these very different hosts. Further characterization of these bacterial mutants showed that TrpD is important for the induction of the quorum-sensing circuit, while PchH and PchI are involved in the induction of the type III secretion system. These results demonstrate the usefulness and the relevance of the Dictyostelium host model to identify and analyse new virulence genes in P. aeruginosa.

Expression and one-step purification of Plasmodium proteins in dictyostelium.

Nearly full-length Circumsporozoite protein (CSP) from Plasmodium falciparum, the C-terminal fragments from both P. falciparm and P. yoelii CSP and a fragment comprising 351 amino acids of P.vivax MSPI were expressed in the slime mold Dictyostelium discoideum. Discoidin-tag expression vectors allowed both high yields of these proteins and their purification by a nearly single-step procedure. We exploited the galactose binding activity of Discoidin Ia to separate the fusion proteins by affinity chromatography on Sepharose-4B columns. Inclusion of a thrombin recognition site allowed cleavage of the Discoidin-tag from the fusion protein. Partial secretion of the protein was obtained via an ER independent pathway, whereas routing the recombinant proteins to the ER resulted in glycosylation and retention. Yields of proteins ranged from 0.08 to 3 mg l(-1) depending on the protein sequence and the purification conditions. The recognition of purified MSPI by sera from P. vivax malaria patients was used to confirm the native conformation of the protein expressed in Dictyostelium. The simple purification procedure described here, based on Sepharose-4B, should facilitate the expression and the large-scale purification of various Plasmodium polypeptides.

Rapid antagonistic coevolution between strains of the social amoeba Dictyostelium discoideum.

Social groups face a fundamental problem of overcoming selfish individuals capable of destroying cooperation. In the social amoeba Dictyostelium discoideum, there is evidence that some clones ('cheaters') contribute disproportionately to the viable spores in a fruiting body while avoiding the dead stalk cell fate. It remains unclear, however, whether this cheating is actually the product of selection. Here, I report the results of an experimental evolution study designed to test whether clones of D. discoideum will evolve resistance to cheating in the laboratory with genetic variation created only through spontaneous mutation. Two strains, one green fluorescent protein (GFP)-labelled and one wild-type, were allowed to grow and develop together before the wild-type strain was removed and replaced with a naïve strain evolving in parallel. Over the course of 10 social generations, the GFP-labelled strain reliably increased its representation in the spores relative to control populations that had never experienced the competitor. This competitive advantage extended to the non-social, vegetative growth portion of the life cycle, but not to pairwise competition with two other strains. These results indicate strong antagonism between strains, mediated by ample mutational variation for cheating and also suggest that arms races between strains in the wild may be common.

HelF, a suppressor of RNAi mediated gene silencing in Dictyostelium discoideum

RNA interference (RNAi) is a recently discovered process, in which double stranded RNA (dsRNA) triggers the homology-dependant degradation of cognate messenger RNA (mRNA). In a search for new components of the RNAi machinery in Dictyostelium, a new gene was identified, which was called helF. HelF is a putative RNA helicase, which shows a high homology to the helicase domain of Dicer, to the helicase domain of Dictyostelium RdRP and to the C. elegans gene drh-1, that codes for a dicer related DExH-box RNA helicase, which is required for RNAi. The aim of the present Ph.D. work was to investigate the role of HelF in PTGS, either induced by RNAi or asRNA. A genomic disruption of the helF gene was performed, which resulted in a distinct mutant morphology in late development. The cellular localization of the protein was elucidated by creating a HelF-GFP fusion protein, which was found to be localized in speckles in the nucleus. The involvement of HelF in the RNAi mechanism was studied. For this purpose, RNAi was induced by transformation of RNAi hairpin constructs against four endogenous genes in wild type and HelF- cells. The silencing efficiency was strongly enhanced in the HelF K.O. strain in comparison with the wild type. One gene, which could not be silenced in the wild type background, was successfully silenced in HelF-. When the helF gene was disrupted in a secondary transformation in a non-silenced strain, the silencing efficiency was strongly improved, a phenomenon named here “retrosilencing”. Transcriptional run-on experiments revealed that the enhanced gene silencing in HelF- was a posttranscriptional event, and that the silencing efficiency depended on the transcription levels of hairpin RNAs. In HelF-, the threshold level of hairpin transcription required for efficient silencing was dramatically lowered. The RNAi-mediated silencing was accompanied by the production of siRNAs; however, their amount did not depend on the level of hairpin transcription. These results indicated that HelF is a natural suppressor of RNAi in Dictyostelium. In contrast, asRNA mediated gene silencing was not enhanced in the HelF K.O, as shown for three tested genes. These results confirmed previous observations (H. Martens and W. Nellen, unpublished) that although similar, RNAi and asRNA mediated gene silencing mechanisms differ in their requirements for specific proteins. In order to characterize the function of the HelF protein on a molecular level and to study its interactions with other RNAi components, in vitro experiments were performed. Besides the DEAH-helicase domain, HelF contains a double-stranded RNA binding domain (dsRBD) at its N-terminus, which showed high similarity to the dsRBD domain of Dicer A from Dictyostelium. The ability of the recombinant dsRBDs from HelF and Dicer A to bind dsRNA was examined and compared. It was shown by gel-shift assays that both HelF-dsRBD and Dicer-dsRBD could bind directly to long dsRNAs. However, HelF-dsRBD bound more efficiently to dsRNA with imperfect matches than to perfect dsRNA. Both dsRBDs bound specifically to a pre-miRNA substrate (pre-let-7). The results suggested that most probably there were two binding sites for the proteins on the pre-miRNA substrate. Moreover, it was shown that HelF-dsRBD and Dicer-dsRBD have siRNA-binding activity. The affinities of the two dsRBDs to the pre-let-7 substrate were also examined by plasmon surface resonance analyses, which revealed a 9-fold higher binding affinity of the Dicer-dsRBD to pre-let-7 compared to that of the HelF-dsRBD. The binding of HelF-dsRBD to the pre-let-7 was impaired in the presence of Mg2+, while the Dicer-dsRBD interaction with pre-let-7 was not influenced by the presence of Mg2+. The results obtained in this thesis can be used to postulate a model for HelF function. In this, HelF acts as a nuclear suppressor of RNAi in wild type cells by recognition and binding of dsRNA substrates. The protein might act as a surveillance system to avoid RNAi initiation by fortuitous dsRNA formation or low abundance of dsRNA trigger. If the protein acts as an RNA helicase, it could unwind fold-back structures in the nucleus and thus lead to decreased RNAi efficiency. A knock-out of HelF would result in initiation of the RNAi pathway even by low levels of dsRNA. The exact molecular function of the protein in the RNAi mechanism still has to be elucidated. RNA interferenz (RNAi) ist ein in jüngster Zeit entdeckter Mechanismus, bei dem doppelsträngige RNA Moleküle (dsRNA) eine Homologie-abhängige Degradation einer verwandten messenger-RNA (mRNA) auslösen. Auf der Suche nach neuen Komponenten der RNAi-Maschinerie in Dictyostelium konnte ein neues Gen (helF) identifiziert werden. HelF ist eine putative RNA-Helikase mit einer hohen Homologie zur Helikasedomäne der bekannten Dicerproteine, der Helikasedomäne der Dictyostelium RdRP und zu dem C. elegans Gen drh-1, welches für eine Dicer-bezogene DExH-box RNA Helikase codiert, die am RNAi-Mechanismus beteiligt ist. Das Ziel dieser Arbeit war es, die Funktion von HelF im Zusammenhang des RNAi oder asRNA induzierten PTGS zu untersuchen. Es wurde eine Unterbrechung des helF-Gens auf genomischer Ebene (K.O.) vorgenommen, was bei den Mutanten zu einer veränderten Morphologie in der späten Entwicklung führte. Die Lokalisation des Proteins in der Zelle konnte mit Hilfe einer GFP-Fusion analysiert werden und kleinen Bereichen innerhalb des Nukleus zugewiesen werden. Im Weiteren wurde der Einfluss von HelF auf den RNAi-Mechanismus untersucht. Zu diesem Zweck wurde RNAi durch Einbringen von RNAi Hairpin-Konstrukten gegen vier endogene Gene im Wiltypstamm und der HelF--Mutante induziert. Im Vergleich zum Wildtypstamm konnte im HelF--Mutantenstamm eine stark erhöhte „Silencing“-Effizienz nachgewiesen werden. Ein Gen, welches nach RNAi Initiation im Wildtypstamm unverändert blieb, konnte im HelF--Mutantenstamm erfolgreich stillgelegt werden. Durch sekundäres Einführen einer Gendisruption im helF-Locus in einen Stamm, in welchem ein Gen nicht stillgelegt werden konnte, wurde die Effizienz des Stilllegens deutlich erhöht. Dieses Phänomen wurde hier erstmals als „Retrosilencing“ beschrieben. Mit Hilfe von transkriptionellen run-on Experimenten konnte belegt werden, dass es sich bei dieser erhöhten Stilllegungseffizienz um ein posttranskriptionelles Ereignis handelte, wobei die Stillegungseffizienz von der Transkriptionsstärke der Hairpin RNAs abhängt. Für die HelF--Mutanten konnte gezeigt werden, dass der Schwellenwert zum Auslösen eines effizienten Stillegens dramatisch abgesenkt war. Obwohl die RNAi-vermittelte Genstilllegung immer mit der Produktion von siRNAs einhergeht, war die Menge der siRNAs nicht abhängig von dem Expressionsniveau des Hairpin-Konstruktes. Diese Ergebnisse legen nahe, dass es sich bei der HelF um einen natürlichen Suppressor des RNAi-Mechanismus in Dictyostelium handelt. Im Gegensatz hierzu war die as-vermittelte Stilllegung von drei untersuchten Genen im HelF-K.O. im Vergleich zum Wildyp unverändert. Diese Ergebnisse bestätigten frühere Beobachtungen (H. Martens und W. Nellen, unveröffentlicht), wonach die Mechanismen für RNAi und asRNA-vermittelte Genstilllegung unterschiedliche spezifische Proteine benötigen. Um die Funktion des HelF-Proteins auf der molekularen Ebene genauer zu charakterisieren und die Interaktion mit anderen RNAi-Komponenten zu untersuchen, wurden in vitro Versuche durchgeführt. Das HelF-Protein enthält, neben der DEAH-Helikase-Domäne eine N-terminale Doppelstrang RNA bindende Domäne (dsRBD) mit einer hohen Ähnlichkeit zu der dsRBD des Dicer A aus Dictyostelium. Die dsRNA-Bindungsaktivität der beiden dsRBDs aus HelF und Dicer A wurde analysiert und verglichen. Es konnte mithilfe von Gel-Retardationsanalysen gezeigt werden, dass sowohl HelF-dsRBD als auch Dicer-dsRBD direkt an lange dsRNAs binden können. Hierbei zeigte sich, dass die HelF-dsRBD eine höhere Affinität zu einem imperfekten RNA-Doppelstrang besitzt, als zu einer perfekt gepaarten dsRNA. Für beide dsRBDs konnte eine spezifische Bindung an ein pre-miRNA Substrat nachgewiesen werden (pre-let-7). Dieses Ergebnis legt nah, dass es zwei Bindestellen für die Proteine auf dem pre-miRNA Substrat gibt. Überdies hinaus konnte gezeigt werden, dass die dsRBDs beider Proteine eine siRNA bindende Aktivität besitzen. Die Affinität beider dsRBDs an das pre-let-7 Substrat wurde weiterhin mit Hilfe der Plasmon Oberflächen Resonanz untersucht. Hierbei konnte eine 9-fach höhere Bindeaffinität der Dicer-dsRBD im Vergleich zur HelF-dsRBD nachgewiesen werden. Während die Bindung der HelF-dsRBD an das pre-let-7 durch die Anwesenheit von Mg2+ beeinträchtigt war, zeigte sich kein Einfluß von Mg2+ auf das Bindeverhalten der Dicer-dsRBD. Mit Hilfe der in dieser Arbeit gewonnen Ergebnisse lässt sich ein Model für die Funktion von HelF postulieren. In diesem Model wirkt HelF durch Erkennen und Binden von dsRNA Substraten als Suppressor von der RNAi im Kern. Das Protein kann als Überwachungsystem gegen eine irrtümliche Auslösung von RNAi wirken, die durch zufällige dsRNA Faltungen oder eine zu geringe Häufigkeit der siRNAs hervorgerufen sein könnte. Falls das Protein eine Helikase-Aktivität besitzt, könnte es rückgefaltete RNA Strukturen im Kern auflösen, was sich in einer verringerten RNAi-Effizienz wiederspiegelt. Durch Ausschalten des helF-Gens würde nach diesem Modell eine erfolgreiche Auslösung von RNAi schon bei sehr geringer Mengen an dsRNA möglich werden. Das Modell erlaubt, die exakte molekulare Funktion des HelF-Proteins im RNAi-Mechanismus weiter zu untersuchen.

Funktionsanalysen der Domänen des Vacuolin B und die Rolle des filamentösen Actins am Vacuolin B-positiven Kompartiment im endocytotischen Transit in Dictyostelium discoideum

Ähnlich wie in Säugerzellen ist das neutrale Postlysosom in Dictyostelium discoideum von einem Coat aus filamentösem Actin umgeben. In dieser Arbeit wurde der Frage nach der Funktion dieses Actin-Cytoskeletts am späten Endosom nachgegangen. Hierzu wurde zunächst eine Analyse der Domänen des Vacuolin B durchgeführt, das als bisher spätester bekannter Marker im Endocytoseweg in Dictyostelium discoideum das neutrale, postlysosomale Kompartiment dekoriert. In einer Yeast Two Hybrid-Analyse wurden die Bereiche des Vacuolin B identifiziert, die für eine Selbst-Interaktion des Proteins notwendig und ausreichend sind. Es handelt sich dabei um die coiled-coil-Domäne und einen daran anschließenden, 18 Aminosäuren langen, alpha-helicalen Abschnitt. Diesem helicalen Bereich scheint die Funktion einer modifizierenden, die coiled-coil-Ausbildung vermittelnden oder initiierenden Faltungseinheit zuzukommen. Sie weist jedoch nicht die typischen Merkmale einer trigger-Helix auf. Lokalisationsuntersuchungen mit GFP-Deletionskonstrukten zeigten, dass es einen Zusammenhang zwischen Interaktionsfähigkeit und Bindung des Vacuolin an die Oberfläche später Endosomen gibt: Eine korrekte Lokalisation und Membranassoziation waren nur dann zu beobachten, wenn in der Yeast Two Hybrid-Analyse eine Interaktion nachgewiesen werden konnte. Es wurden die für die Lokalisation und Assoziation mit der vacuolären Membran notwendigen Sequenzbereiche identifiziert; diese waren jedoch nicht hinreichend. Vermutlich sind hierfür auch Sequenzen des N-Terminus notwendig. Die erhobenen Daten legen weiterhin eine Bedeutung der hydrophoben Domäne des Vacuolin B für die korrekte Faltung des Proteins nahe. Im Anschluss an die Domänenanalyse wurde Vacuolin dazu benutzt, durch Herstellung von Hybridproteinen Actin-interagierende Proteine gezielt an das späte Endosom zu transportieren. Es wurde deren Einfluss auf den lokalen Actin Coat und den endocytotischen Transit untersucht. Zwei Actin-bindende Proteine mit depolymerisierender Wirkung konnten im Rahmen dieser Arbeit getestet werden, nämlich Severin und Cofilin. Die Schwächung des lokalen Actin Coats durch das Vorhandensein von Severin an der späten Vacuole war nicht eindeutig festzustellen. Severin am Postlysosom führte nicht zu einer Veränderung der Transitkinetik von Flüssigphasenmarker. Allerdings konnte ein Defekt in der Phagocytose festgestellt werden. Es könnte hierbei ein Zusammenhang zwischen der Mobilisierung von intrazellulärem Calcium während der Partikelaufnahme und der Calcium-abhängigen Regulation der Severin-Aktivität bestehen. Das Hybridprotein aus Vacuolin und Cofilin zeigte neben einer Assoziation mit der vacuolären Membran auch eine Lokalisation im Cytoplasma und Cortex der Zellen. Mit der Lokalisation im Cytoplasma und Cortex korrelierte eine Veränderung der endocytotischen Aktivität. Das Vacuolin-Cofilin-Fusionsprotein am Postlysosom rief einen Verlust des lokalen Actin Coats hervor. Dies führte zu einer traubenförmigen Assoziation der späten Endosomen; exocytotische Parameter blieben jedoch unbeeinflusst. Aufgrund der hier erhobenen Daten kann vermutet werden, dass der Actin Coat am Postlysosom dazu dient, eine Agglutination dieser Endosomen zu inhibieren. Dies könnte ein Schutzmechanismus zum Ausschluss von Docking- und Fusionsereignissen sein.

Funktionelle Analyse der LC-FACS in Dictyostelium discoideum

"Funktionelle Analyse der LC-FACS in Dictyostelium discoideum" Das Dictyostelium discoideum Gen fcsA kodiert für ein 75 kDa großes Protein. Es kann durch Homologieanyalysen der Amino-säuresequenz zu den "long-chain fatty acyl-CoA"-Synthetasen ge-rechnet werden, die lang-kettige Fettsäuren durch die kovalente Bindung von Coenzym A akti-vie-ren und damit für diverse Reak-tionen in Stoffwechsel und Molekül-Synthese der Zelle verfügbar machen. Die hier untersuchte D. discoideum LC-FACS lokalisiert als peripher assoziiertes Protein an der cytosolischen Seite der Membran von Endo-somen und kleiner Vesikel. Bereits kurz nach der Bildung in der frühen sauren Phase kann die Lokalisation der LC-FACS auf Endosomen ge-zeigt werden. Sie dissoziiert im Laufe ihrer Neutra-li-sierung und kann auf späten Endosomen, die vor ihrer Exocytose stehen nicht mehr nach-gewiesen werden. Ein Teil der kleinen die in der gesamte Zelle verteilten kleinen Vesikel zeigt eine Kolokalisation mit lysosomalen Enzymen. Trotz des intrazellulären Verteilungs-mus-ters, das eine Beteiligung dieses Pro-teins an der Endocytose nahe-legt, konnte kein signifikanter Rückgang der Pino- und Phagocytose-Rate in LC-FACS Nullmutanten beobachtet werden. Der endo-cy-to-ti-sche Transit ist in diesen Zellen etwas verlängert, außerdem zeigen die Endosomen einen deutlich erhöhten pH-Wert, was zu einer weniger effektiven Prozessierung eines lysosomalen Enzyms führt (a-Mannosidase). Die Funktion der LC-FACS ist die Aufnahme von langkettigen Fettsäuren aus dem Lumen der Endosomen.

Molecular studies on a Dictyostelium homolog of the tafazzin gene, the cause of Barth syndrome in humans

Der eukaryotische Mikroorganismus Dictyostelium discoideum lebt als einzellige Amöbe solange ausreichende Nahrungsressourcen zur Verfügung stehen. Sobald Nahrungsmangel eintritt, entwickeln sich die Zellen von einem einzelligen zu einem mehrzelligen Zustand, der mit einem multizellulären Fruchtkörper abschließt. Dieser Prozess wird durch eine Reihe aufeinanderfolgender Signale organisiert, die eine differentielle Genexpression regulieren. Die Gene der Discoidin I Familie gehören zu den Ersten, die im Laufe des Wachstums-Differenzierungs-Übergangs (engl. GDT) aktiviert werden. Sie eignen sich daher vorzüglich als Marker für den Beginn der Entwicklung. Mit Hilfe einer REMI-Mutagenese und Discoidin I als molekularem Marker sind verschiedene Komponenten des Wachstums-Differenzierungs-Übergangs in unserer Arbeitsgruppe identifiziert worden (Zeng et al., 2000 A und B; Riemann und Nellen, persönliche Mitteilung). Mit demselben Ansatz wurde in der vorliegenden Arbeit eine REMI-Mutante identifiziert, die eine Fehl-Expression von Discoidin zeigte und einen axenischen Wachstumsdefekt bei 15 °C aufwies. Das Gen wurde als Homolog zum humanen Tafazzin-Gen identifiziert. Dieses Gen wurde zur Rekonstruktion des Phänotyps über homologe Rekombination erneut disruptiert, was wie erwartet zu dem zuerst beschriebenen Phänotyp führte. Folgerichtig ergab eine Überexpression des Gens in den Mutanten eine Komplementation des Phänotyps. Immunfluoreszenz-Experimente zeigten eine mitochondriale Lokalisation des Dictyostelium discoideum Taffazzin Proteins. Dass ein mitochondriales Protein in Zusammenhang mit dem Wachstums-Differenzierungs-Übergang steht, ist ein unerwarteter Befund, der aber als Hinweis darauf gewertet werden kann, dass Mitochondrien einen direkten Einfluss auf die entwicklungsspezifische Signaltransduktion ausüben. Die Taffazzin Disruptions-Mutante in Dictyostelium führte zu einem abnormalen Cardiolipin Metabolismus. Dieses Phospholipid ist ein charakteristischer Bestandteil der inneren Mitochondrienmembran und für die Funktion verschiedener Enzyme erforderlich. Unsere vorläufigen Analysen des Phospholipid-Gehalts zeigten Übereinstimmung mit Daten von Patienten mit Barth-Syndrom, einer humanen Erkrankung, bei der das Taffazzin-Gen Mutationen aufweist, und mit Hefe-Mutanten dieses Gens. Dies zeigt den Wert von Dictyostelium discoideum als einen weiteren Modelorganismus zur Untersuchung des Barth-Syndroms und zur Erprobung möglicher Therapieansätze.

Molekularbiologische Funktionsanalysen von Thioredoxinen aus Dictyostelium discoideum und Identifizierung neuer Interaktionspartner durch das Two-Hybrid-System

Thioredoxins are small, regulatory proteins with a mass of approximately 12 kDa and a characteristic conserved active center, which is represented in the pentapeptide trp-cys-gly-pro-cys. Up to now it is not possible to present a complete list of thioredoxin interaction partners because there is no predictable sequence in the target enzymes where thioredoxins can interact with. To get closer information about the functions and possible interaction partners of the three thioredoxins from the social soil amoeba Dictyostelium discoideum (DdTrx1 - 3) we have chosen two different strategies. In the first one the thioredoxin levels in the cell should changed by different mutants. But both the antisense technique as well as the creation of knock out mutants were not appropiate strategies in this case. Just an thioredoxin overexpressing mutant results in a developmental phenotype which allows some conclusions for possible functions of the thioredoxin in Dictyostelium discoideum. The second strategie was the two hybrid system where thioredoxin interactions partners can identified systematically. After a screening with a cDNA library from Dictyostelium 13 potential interaction partners could be detected, among them a ribonucleotid reductase, TRFA, two different cytochrome c oxidase subunits, filopodin, three ribosomal proteins, the elongationfactor 1a and the alcohol dehydrogenase from yeast. The verification of the interaction between thioredoxin and these two hybrid clones happened indirectly by a dobble mutant of thioredoxin 1, where the cysteines in the active center were replaced by redox-inactive serins. Further examinations of two choosen candidates resulted that the alcohol dehydrogenase from yeast is a thioredoxin-modululated enzym and that there is an interaction between the elongationfactor 1a and the thioredoxin 1 from Dictyostelium discoideum.