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Characterization of cellular membranes under conditions of ether lipid deficiency
Fabian Dorninger
Art der Arbeit
Diplomarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Zentrum für Molekulare Biologie
Betreuer*in
Johannes Berger
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-29678.97271.122369-2
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Etherlipide bilden eine Klasse von Lipiden, die sich durch ihre O-Alkyl-Bindung an der sn-1-Position ihres Glycerin-Rückgrats auszeichnen und deren erste Biosyntheseschritte im Peroxisom ablaufen. Plasmalogene, die wichtigsten Etherlipide, haben große physiologische Bedeutung, zum Beispiel als strukturgebende Moleküle in der Zellmembran. Ein Mangel an Etherlipiden führt im Menschen zu einer schweren Krankheit, rhizomelischer Chondrodysplasia punctata. Neueste Forschungsarbeiten zeigten, dass auch eine Untergruppe der GPI-Anker, einer posttranslationalen Modifikation, die Proteine an der Außenseite der Zellmembran verankert, eine Etherbindung beinhaltet und damit vom peroxisomalen Biosyntheseweg abhängig ist. GPI-verankerte Proteine werden innerhalb der Membran in kleine Subdomänen, „membrane rafts“, dirigiert. Mittels Nano-Elektrospray-Ionisierungs-Massenspektrometrie kann gezeigt werden, dass das Fehlen der Plasmalogene durch die erhöhte Synthese anderer Phospholipide, der Phosphatidylethanolamine, die die gleiche Kopfgruppe (Ethanolamin) wie die meisten Plasmalogene besitzen, kompensiert wird. In Zellkultur kann der Defekt in der peroxisomalen Etherlipid-Biosynthese umgangen werden, indem Vorläufermoleküle mit bereits vorhandener Etherbindung dem Medium beigemengt werden. Interessanterweise reagieren Fibroblasten auf die vermehrte Bildung von Plasmalogenen bei Verfügbarkeit einer solchen Substanz mit einer Reduktion von Phosphatidylethanolaminen. Das weist darauf hin, dass die insgesamte Menge an Ethanolamin-Phospholipiden konstant gehalten wird. Weiters wird bewiesen, dass eine O-Alkyl-Kette in GPI-Ankern nicht zwingend für deren Membranassoziation erforderlich ist. Hingegen zeigt sich, dass die Menge an einzelnen Raft-Proteinen, auch GPI-verankerten Proteinen, in Etherlipid-defizienten Zellen verändert ist. Die Rafts weisen zusätzlich ein verändertes Flotationsverhalten in einem Saccharose-Dichtegradienten auf. Als mögliche funktionelle Konsequenz dieser Veränderungen können leicht verkleinerte Acetylcholinrezeptor-Cluster bei der Enstehung der neuromuskulären Synapse in vitro an Hand von Myotuben aus Etherlipid-defizienten Mäusen, nachgewiesen werden.
Abstract
(Englisch)
Ether lipids form a specialized class of lipids that are characterized by an O-alkyl bond at the sn-1 position of their glycerol backbone. The initial steps of their biosynthesis take place in the peroxisome. Among ether lipids, plasmalogens take on a dominant role. They perform important physiological functions, for example as constituents of cellular membranes. In humans, the lack of ether lipids causes a fatal disease, rhizomelic chondrodysplasia punctata. Research has also identified a subpopulation of glycosylphosphatidylinositol anchors, a posttranslational modification that targets proteins to the outer surface of the cell membrane, as an ether lipid. Proteins associated with the membrane by GPI anchorage are recruited to specialized domains called membrane rafts, which are also enriched in plasmalogens. These microdomains constitute important platforms for various cellular processes e.g. signal transduction. Nano-electrospray ionization mass spectrometric analysis of these primary cultured human fibroblasts shows that the cells compensate for the loss of plasmalogens by increasing the synthesis of other phospholipids, namely phosphatidylethanolamines, which share the head group (ethanolamine) with the majority of plasmalogens. Supplementation of ether lipid-deficient cultures with plasmalogen precursors that already contain an ether linkage circumvents the peroxisomal steps of ether lipid synthesis. Interestingly, the resulting rescue of plasmalogen levels causes a corresponding decline in phosphatidylethanolamines, so that the amount of total ethanolamine phospholipids is kept constant in every circumstance. In addition, the present study offers the proof that an O-alkyl chain is not necessarily required for the membrane anchoring of Thy-1, a GPI-anchored protein. However, sucrose density gradient centrifugation suggests a reorganization of membrane rafts upon depletion of ether lipids. Furthermore, some raft proteins, amongst others GPI-anchored proteins, exhibit changed amounts in western blot analysis and show an altered floating behavior in a density gradient. Additionally, preliminary experiments in murine myoblast cultures derived from ether lipid-deficient mice point to differences in the formation of the neuromuscular junction under conditions of ether lipid deficiency.
Summarizing, in spite of compensatory mechanisms employed by human fibroblasts in response to ether lipid deficiency, a variety of changes, especially concerning cellular membranes, can be detected under these conditions.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
ether lipid GPI anchor plasmalogen rhizomelic chondrodysplasia punctata
Schlagwörter
(Deutsch)
Etherlipid GPI-Anker Plasmalogen rhizomelische Chondrodysplasia Punctata
Autor*innen
Fabian Dorninger
Haupttitel (Englisch)
Characterization of cellular membranes under conditions of ether lipid deficiency
Paralleltitel (Deutsch)
Charakterisierung zellulärer Membranen bei Etherlipiddefizienz
Publikationsjahr
2011
Umfangsangabe
91 S. : Ill., graph. Darst.
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Johannes Berger
Klassifikationen
42 Biologie > 42.13 Molekularbiologie ,
44 Medizin > 44.99 Medizin: Sonstiges
AC Nummer
AC08889318
Utheses ID
12347
Studienkennzahl
UA | 490 | | |