< Terug naar vorige pagina

Project

Using the budding yeast Saccharomyces cerevisiae as a model system for studying aging.

De mens is steeds gefasicineerd geweest door de factoren die het verouderingsproces en de levensduur beïnvloeden. Bovendien stijgt het voorkomen van bepaalde ziektes exponentieel naarmate mensen verouderen. De meest tot de verbeelding sprekende voorbeelden van dergelijke ouderdomsgerelateerde aandoeningen zijn verschillende kankers en neurodegenerative ziektes waaronder de ziekte van Alzheimer en Parkinson. Dankzij onderzoek in verschillende modelorganismen, waaronder de gist Saccharomyces cerevisiae, is er de laatste decenia een enorme vooruitgang geboekt in de moleculair-genetische basis van het verouderingsproces en de factoren die bepalend zijn voor de levensduur. Hierdoor is het duidelijk geworden dat vele aspecten en processen die bepalend zijn voor de levensduur goed geconserveerd zijn in eukaryoten. Centraal hierbij staan de nutriënt-afhankelijke en evolutionair geconserveerde TORC1-Sch9 en Ras/cAMP/PKA signaalwegen.

Om de steeds veranderende extracellulaire condities te koppelen aan een correcte intracellulaire respons doet gist beroep op Sch9. Dit proteïne kinase speelt een centrale rol in het nutriënt-geïnduceerde signaaltransductie netwerk en controleert verscheidene fenotypes waaronder celgroei, de cel cyclus, stress resistentie en levensduur. Hoewel reeds veel onderzoek uitgevoerd is om de moleculaire mechanismen op te helderen waarmee Sch9 deze verschillende fenotypes reguleert, blijven de directe fysiologische doelwitten van dit proteïne kinase grotendeels onbekend. Daarom was het doel van dit doctoraat het identificeren en karakteriseren van nieuwe effectoren en/of directe doelwitten van Sch9, met een speciale focus op diegene die betrokken zijn in het moduleren van het verouderingsproces en het bepalen van de levensduur. Meer specifiek ging onze aandacht uit naar de rol van Sch9 in sfingolipide-metabolisme en het behoud van vacuolaire functies, twee processen essentieel voor de groei en overleving van gist en zoogdier cellen.

De resultaten beschreven in het eerste deel van dit manuscript onthullen dat het proteïne kinase Sch9 niet enkel een effector, maar ook een regulator is van het sfingolipide metabolisme. We tonen aan dat de TORC1-Sch9 signaalweg de biosynthetische ceramide productie controleert door de expressie van de ceramidase genen te onderdrukken. Bovendien reguleert Sch9 ook de hydrolytische ceramide productie door de activiteit van Isc1, een inositol phospholipase, te controlleren. Aangezien de sfingolipide-rheostaat, i.e. de dynamische balans tussen de verschillende intermediaire sfingolipide metabolieten, een belangrijke rol speelt bij het overleven van een cel, verschaft onze data ook interessante informatie omtrent het moleculaire mechanisme waarmee Sch9 de levensduur van gist bepaalt.

De resultaten beschreven in het tweede deel van dit manuscript onthullen dat Sch9 een belangrijke modulator is van de vacuolaire proton pomp (V-ATPase) afhankelijk van de beschikbaarheid aan glucose, en dat deze functionele interactie aanzienlijke implicaties heeft voor de bepaling van de levensduur en pH homeostase. Inderdaad, Sch9 blijkt niet alleen genetisch, maar ook fysisch te interageren met het V-ATPase om zijn glucose-afhankelijke assemblage en disassemblage dynamiek te controlleren. Bovendien levert dit werk bewijzen aan voor een tweevoudige rol van Sch9 in het reguleren van de levensduur aangezien dit proteïne kinase het verouderingsproces stimuleert in aanwezigheid van een functioneel V-ATPase en inhibeert in afwezigheid van een functioneel V-ATPase. Verder toont dit onderzoek ook aan dat, analoog aan de situatie bij zoogdieren, Sch9 functioneert in een feedback lus die toelaat om de activiteit van het V-ATPase en TORC1 af te stellen afhankelijk van de beschikbaarheid van nutriënten om op deze manier celgroei en levensduur te reguleren.

Samenvattend tonen de resultaten van dit doctoraatsonderzoek dus aan dat Sch9 het verouderingsproces reguleert door zowel mitochondriale integriteit, via sfingolipiden metabolisme, als vacuolaire functies, via het V-ATPase, te beïnvloeden. Daarnaast suggereert dit onderzoek, in combinatie met werk uitgevoerd door anderen, dat Sch9 in homeostatische feedback lussen werkt om celgroei aan te passen aan de noden van de cel door informatie van lipide metabolisme, de nutritionele toestand, V-ATPase activiteit, pH en proteïne synthese te integreren. Deze denkwijze verschilt fundamenteel van de huidige opvatting dat TORC1 en Sch9 enkel schakels zijn die extracellulaire signalen doorgeven aan de rest van de cel.

Datum:1 jan 2013 →  4 apr 2017
Trefwoorden:Yeast
Disciplines:Plantenbiologie, Algemene biologie, Productie van landbouwgewassen, Tuinbouwproductie, Engineering van biomaterialen, Biologische systeemtechnologie, Biomateriaal engineering, Biomechanische ingenieurswetenschappen, Andere (bio)medische ingenieurswetenschappen, Milieu ingenieurswetenschappen en biotechnologie, Industriële biotechnologie, Andere biotechnologie, bio-en biosysteem ingenieurswetenschappen
Project type:PhD project