Regulation der Autophagie–Parallelen zwischen Leber und Hefe

Einleitung: Die autophagische Proteolyse ist der wichtigste katabole Mechanismus in Leberzellen. Leberzellen registrieren Änderungen ihres Hydratationszustandes und regulieren via Integrinrezeptoren und der p38^MAPK die Bildung der Autophagosomen. Hog1 ist das Hefeanalogon zur Säuger-p38^MAPK. Es spielt ebenso wie Pbs2 eine Rolle bei der hyperosmotischen Stressantwort in Hefe. Frühere Ergebnisse zeigten, dass die Hunger-induzierte Autophagie in hog1Δ-Zellen osmosensitiv ist. Fragestellung: Über welchen Mechanismus wird die Osmosensitivität der Autophagie in Hefe reguliert? Ist die Rapamycin-induzierte Autophagie osmosensitiv? Methoden: Die Autophagozytoseaktivität von Wildtyp-, hog1Δ- und pbs2Δ- Hefezellen wurde fluoreszenzmikroskopisch, proteinchemisch sowie mit Tracermethoden untersucht. Die Induktion der Autophagozytose erfolgte durch N₂-Hungerung der Zellen oder durch Zugabe von Rapamycin zum Inkubationsmedium. Ergebnisse: Fluoreszenzmikroskopisch zeigten hog1Δ- und pbs2Δ-Zellen eine Verringerung der Autophagie während osmotischem Stress nach 4h N₂-Hungerung. In hog1Δ-Zellen betrug die GFP-Atg8 Degradationsrate unter normo-, hypo- und hyperosmotischen Inkubationsbedingungen 85±5% (n=31), 56±11% (n=7) und 56±17% (n=4). Ein ähnliches Verhalten wies die Pbs2-Mutante auf. Die Proteolyserate betrug in hog1Δ-Zellen unter normoosmotischen Kontrollbedingungen 1,3±0,2% / 3h (n=8) und sank auf 0,5±0,2% / 3h (n=5) bzw. 0,2±0,2% / 3h (n=3) bei hypo- bzw. hyperosmotischer Inkubation. Weder die Lipidierung von Atg8 noch der Phosphorylierungsstatus von Atg13 war während osmotischem Stress in hog1Δ-Zellen verändert. Die Rapamycin-induzierte Autophagie war nicht osmosensitiv. Diskussion: Bisher war Hog1 als Protein mit MAP-Kinase-Aktivität bekannt, welches essentiell für das Überleben von Hefen bei osmotischem Stress ist. Frühere Ergebnisse zeigten, dass HOG1 und PBS2 relevante Gene für die Hunger-induzierte Autophagie sind. Ein Pbs2-Analogon in der Leber ist bisher nicht bekannt. Neu ist, dass die Osmosensitivität der Hunger-induzierten Autophagie weder über die Lipidierung von Atg8 noch über die Phosphorylierung von Atg13 reguliert wird. Die Rapamycin-induzierte Autophagie ist nicht osmosensitiv. Es handelt sich bei der Osmoregulation der Autophagie um ein evolutionär konserviertes Phänomen, das sowohl in Hefen, als auch in der Leber nachweisbar ist. Die Rapamycin-induzierte Autophagie unterscheidet sich mechanistisch von der Hunger-induzierten Autophagie.

Literatur: Häussinger, D. et al. Cell swelling inhibits proteolysis in perfused rat liver. Biochem.J. 1990; 272:239-242 Häussinger, D. et al. Cell volume is a major determinant of proteolysis control in liver. FEBS Lett. 1991;283:70-72 vom Dahl, S. et al. Inhibition of proteolysis by cell swelling in liver requires intact microtubular structures. Biochem. J. 1995; 308:529-536 vom Dahl, S. et al. Bumetanide-sensitive cell swelling mediates the inhibitory effect of ethanol on proteolysis in rat liver. Gastroenterology 1998; 114: 1046-1053 Häussinger, D. et al. Involvement of p38MAPK in the regulation of proteolysis by liver cell hydration. Gastroenterology 1999; 116: 921-935 vom Dahl, S. et al. Involvement of integrins in osmosensing and signalling towards autophagic proteolysis in rat liver. J. Biol. Chem. 2003; 278: 27088-27095 Schliess, F. et al. Involvement of integrins and Src in insulin signalling towards autophagic proteolysis in rat liver. J. Biol. Chem. 2004; 279, 21: 294-301 Prick, T. et al. In yeast, loss of Hog1 leads to osmosensitivity of autophagy. (submitted)

Key words

Autophagie - Hefe - Leber - Osmoregulation