Titelaufnahme

Titel
Functional analysis of the oxaloacetate decarboxylase FAHD-1 in the nematode C. elegans / Andrea Taferner
VerfasserTaferner, Andrea
Betreuer / BetreuerinPidder, Jansen-Dürr
Erschienen2015
Umfang128 Bl. : Ill., graph. Darst.
HochschulschriftInnsbruck, Med. Univ., Diss., 2015
Anmerkung
Zsfassung in dt. Sprache
Datum der AbgabeAugust 2015
SpracheEnglisch
Bibl. ReferenzOeBB
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (DE)FAHD1 / Oxalacetat-Decarboxylase / Metabolismus / Caenorhabditis elegans
Schlagwörter (EN)FAHD1 / oxaloacetate decarboxylase / metabolism / Caenorhabditis elegans
Schlagwörter (GND)Caenorhabditis elegans / Oxaloacetatdecarboxylase
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Klassifikation
Zusammenfassung (Deutsch)

FAHD1 ist das zweite eukaryotische Mitglied der FAH-Superfamilie, das in der Literatur beschrieben wurde. Es handelt sich hierbei um ein Stoffwechselenzym, das sowohl Acylpyruvase-Funktion in vitro als auch Oxalacetatdecarboxylase-Funktion in vitro und, in der Maus, in vivo zeigt. Mittels bioinformatischer Analyse und computergestützter Modellierung konnte das hypothetische Protein ZK688.3 (in der Folge als FAHD-1 bezeichnet) als C. elegans-Ortholog des humanen FAHD1 identifiziert werden. Beide enzymatischen Funktionen konnten auch für das Nematoden-Enzym nachgewiesen werden.

Das Ziel dieser Studie war, mehr über die Funktion und die Regulation von FAHD-1 in einem intakten Organismus zu erfahren sowie mehr über eine mögliche Beteiligung dieses Enzyms am Alterungsprozess herauszufinden.

FAHD-1 wird in den meisten Zellen und Geweben von C. elegans exprimiert, vom frühen Gastrulastadium bis zum post-fertilen adulten Wurm, und ist wie sein humanes Pendant in den Mitochondrien lokalisiert. Die fahd-1(tm5005) Deletionsmutante weist einige besondere Phänotypen auf, wie verringerte Körpergröße und Probleme bei der Eiablage und im Bewegungsablauf, und zeigt eine verlängerte Lebensdauer bei erhöhter Temperatur. Die transgene Expression des fahd-1-Gens in diesen Mutanten kann diese Phänotypen, zumindest teilweise, aufheben. Da FAHD-1 ein mitochondriales Enzym ist, wurden einige Parameter der mitochondrialen Physiologie untersucht. Der mitochondriale Sauerstoffverbrauch und das mitochondriale Membranpotential sind in der Mutante vermindert, während die mitochondriale Biomasse tendenziell erhöht ist. Interessanterweise verursacht das Fehlen von FAHD-1 Veränderungen im Expressionslevel mehrerer Enzyme, die an der -Oxidation von Fettsäuren sowie an der Fettsäuresynthese beteiligt sind, wobei die Acyl-CoA-Dehydrogenase ACDH-8 (ein Homolog der humanen ACADM) am stärksten davon betroffen ist. In verschiedenen Epistasis-Experimenten wurde der Effekt einer Depletion von FAHD-1 in genetisch veränderten Nematoden untersucht, in welchen durch die Mutation von Langlebigkeitsgenen die Lebensspanne deutlich verlängert ist. Dabei konnte gezeigt werden, dass die Verlängerung der Lebensdauer in eat-2-Mutanten durch Depletion von FAHD-1 aufgehoben wird, was im Einklang mit der angenommenen Funktion des Enzyms steht.

Basierend auf diesen Resultaten kann man schlussfolgern, dass Veränderungen im Metabolismus, die womöglich durch ein Ungleichgewicht im Oxalacetat-Haushalt verursacht werden, direkt und/oder indirekt die beobachteten Phänotypen bewirken. Die beteiligten Signalwege sowie die Regulation dieser Signalwege bedürfen allerdings noch weiterer Aufklärung.

Zusammenfassung (Englisch)

FAHD1 is only the second eukaryotic member of the FAH superfamily to be described in literature. It exhibits acylpyruvase function in vitro as well as oxaloacetate decarboxylase function in vitro and, in the mouse, in vivo. The hypothetical protein ZK688.3 (referred to as FAHD-1) was identified as the C. elegans ortholog of human FAHD1 by bioinformatic analysis and computational modeling. Both the acylpyruvase function and the oxaloacetate function of the nematode enzyme could be confirmed.

The aim of this study was to find out more about the function and regulation of FAHD-1 in an intact organism and learn about a possible involvement in aging.

FAHD-1 is expressed in most (probably all) cells and tissues of C. elegans, from at least early gastrula stage to post-fertile adult worms and like its mammalian counterpart - is located in mitochondria. fahd-1(tm5005) deletion mutants exhibit several phenotypes like small size, problems in egg laying and locomotion, and an increased lifespan at elevated temperatures. The transgenic expression of fahd-1 in these mutants can partially rescue the phenotype. Since FAHD-1 is a mitochondrial enzyme, several parameters of mitochondrial physiology were examined and revealed distinct alterations. Oxygen consumption rate and mitochondrial membrane potential seemed to be decreased and mitochondrial biomass increased. Interestingly, deletion of fahd-1 caused changes in the expression levels of several enzymes involved in -oxidation of fatty acids and fatty acid synthesis, most prominently the medium-chain acyl-CoA dehydrogenase ACDH-8 (homolog of human ACADM). Epistasis experiments were performed, in which FAHD-1 was depleted in deletion mutants of several well-established signaling pathways influencing organismic aging. These experiments revealed that the lifespan extension can be rescued by the knock-down of FAHD-1 in the eat-2 genetic background, consistent with the presumed function of the enzyme.

Looking at the results, it may be concluded that changes in metabolism, possibly caused by alterations in oxaloacetate homeostasis, directly and/or indirectly provoke the observed phenotypes. The involved pathways as well as the regulation of these pathways still have to be determined.