Zowel dierlijke als plantaardige cellen zijn afhankelijk van autofagie waarbij beschadigd of overtollig celmateriaal wordt verwijderd. De afbraak van substraten gebeurt door eiwitten. Bij dieren, het vindt plaats in een celorganel genaamd het lysosoom en in planten en gisten in de vacuole. aanvankelijk, de afbraak-eiwitten bevinden zich niet in de vacuole of het lysosoom; liever, ze moeten door transportreceptoren op kleine blaasjes naar hun plaats van actie worden getransporteerd.

Het team van de onderzoeksgroep Biochemistry of Intracellular Transport aan de Ruhr-Universität Bochum (RUB), onder leiding van Dr. Harald Platta, heeft met succes aangetoond hoe onmisbaar de Vps10-transportreceptor is voor het proces.

In een tweede studie, analyseerden de onderzoekers het eiwit Vac8, die de samensmelting van kleine en grote blaasjes met het vacuolemembraan regelt, zodat de respectieve lading in het binnenste van de vacuole kan worden vrijgegeven.

De resultaten zijn in juni en juli 2019 gepubliceerd in de Wetenschappelijke rapporten en Cel tijdschriften.

Onmisbaar voor de afbraak van complexe substraten

De onderzoekers toonden aan dat de transportreceptor Vps10, die in planten en gisten het afbraak-eiwit Pro-Pep4 van het endoplasmatisch reticulum naar de vacuole stuurt, is niet slechts een van de verschillende uitwisselbare receptoren. "Liever, Vps10 draagt ​​aanzienlijk bij aan de activiteit van de vacuole tijdens de afbraak van de eigen componenten van de cel door Pro-Pep4 effectief te transporteren, ' zegt Harald Platta.

Zonder Vps10, waarvan de tegenhanger in menselijke cellen sortiline wordt genoemd, Pro-Pep4 kan niet efficiënt naar de vacuole worden getransporteerd en geactiveerd tot Pep4, die bij mensen cathepsine D wordt genoemd.

Terwijl de afbraak van de occasionele kleine eiwitten en ribosomen in de vacuole nog steeds mogelijk is zonder Vps10, bleek dat de afbraak van complexe substraten, zoals peroxisomen of mitochondriën, kan niet meer effectief plaatsvinden zonder Vps10 en wordt geassocieerd met een storing en dus inefficiënte rijping van Pro-Pep4.

Vergaande gevolgen

"De bevindingen uit dit onderzoek zijn ook relevant voor vervolgvragen, " legt Platta uit. "Pep4 bepaalt, bijvoorbeeld, de toxiciteit van verschillende schimmels die schadelijk zijn voor planten. Bovendien, Pep4 beschermt gistcellen tegen de spontane vorming van prionen, d.w.z. specifieke schadelijke eiwitdeeltjes, terwijl het verlies van Pep4-activiteit resulteert in een verkorte levensduur. Bij zoogdieren, een tekort aan de rijpe Pep4-homoloog cathepsine D leidt tot neurodegeneratieve aandoeningen. En de storing van pro-cathepsine D is waargenomen bij verschillende vormen van kanker."

Blaasjes en vacuolemembranen moeten met elkaar versmelten

De tweede studie analyseerde het eiwit Vac8, die nauw verwant is aan de zoogdiereiwitten plakoglobine, een tumoronderdrukker, en catenine. Terwijl deze laatste cel-celcontacten op het plasmamembraan bemiddelen, Vac8 regelt de fusie van de membranen van transportblaasjes met het vacuolaire membraan in de cel. Dit zijn ofwel kleine blaasjes die afbraak-eiwitten bevatten of grote blaasjes geladen met de substraten die afgebroken moeten worden.

In tegenstelling tot wat men zou kunnen aannemen, de fusie van de membranen lijkt niet plaats te vinden door binding aan andere eiwitten, maar, zoals de onderzoekers hebben aangetoond, via de coördinatie van lipiden. "Tijdens de studie we konden aantonen dat de fusie- en afbraakactiviteit van de vacuole in Vac8-deficiënte cellen kon worden geregenereerd door de experimentele toevoeging van de membraanlipide-bouwstenen oliezuur en glycerol, " zegt Harald Platta. Volgens de onderzoekers, daarom speelt Vac8 een cruciale rol bij de autofagische afbraak van alle geteste substraten:cytosolische eiwitten, ribosomen en peroxisomen.

Bijgevolg, Vac8 lijkt niet alleen te werken als een eenvoudig adaptermolecuul tussen twee membranen, maar kan ook de samenstelling van de omringende lipiden bepalen om het contact tussen de twee membranen voor te bereiden. "Dit roept interessante nieuwe vragen op over de identiteit van de betrokken lipidentypen, " zoals Harald Platta mogelijke toekomstige onderzoeksvragen schetst.