Pathways for phospholipid deacylation in Saccharomyces cerevisiae and their impact on fatty acid trafficking and equilibrium

Abstract

Ein wesentliches Merkmal von biologischen Membranen ist ihre Zusammensetzung aus verschiedenen Klassen von Phospholipiden (PL) mit spezifischen molekularen Spezies, die wesentlich für ihre korrekte Funktion sind. Die molekularen Spezies der PL werden nur zum Teil durch de novo- Synthese erreicht. Es ist bekannt, dass PL umfangreichenAbbau- und Umbauprozessen unterliegen und diese von grundlegender Bedeutung für die Aufrechterhaltung der stationären Lipidzusammensetzung sind. In der Hefe Saccharomyces cerevisiae sind die Stoffwechselwege, die zu PL-Deacylierungund damitzu PL-Abbau oder Umbau führen, bislang unbekannt. Eine Schwierigkeit bei der Identifizierung der beteiligten enzymatischen Aktivitäten liegt, in der Tatsache, dass die direkten Produkte der PL-Deacylierung (freie Fettsäuren (FFS), Lysophospholipide und Glycerophosphodiesters), sehr schnell metabolisiert werden und daher nur sehr eingeschränkt für eine exakte experimentelle Erkennung und Quantifizierung zur Verfügung stehen.Im Falle der FFS ist die Metabolisierung unmittelbar mit der Umsetzung zu Acyl-CoA verknüpft. Diese Reaktion wird durch Acyl-CoA-Synthetasen (ACS) katalysiert. In dem S. cerevisiae Stamm YB526wurden die vier Gene für die ACS Enzyme Faa1p, Faa2p, Faa3p und Faa4p inaktiviert und die Zellen sind somit nicht in der Lage FFS zu aktivieren und zu verstoffwechseln. FFS, die durch Deacylierung von Lipiden freigesetzt werden akkumulierendaher in diesem Stamm und können einfach quantifiziert werden. Die Manipulation von spezifischen Enzymaktivitäten oder ganzen Stoffwechselvorgängen, die Lipid-Deacylierung oder Fettsäurehomöostase betreffen können unmittelbar an einem veränderten Gehalt von FFS in den YB526 Zellen abgelesen werden. Mit diesem Ansatz konnte gezeigt werden, dass Phospholipasen B nicht in PL-Umbau oder andere Formen der konstitutiven PL-Deacylierung involviert sind. Im Gegensatz dazu wurde autophagischer Abbau als der quantitativ bedeutendsten Mechanismus für PL-Deacylierung identifiziert. Trotz der verbreiteten Annahme, dass die Autophagie einen Mechanismus für eher unspezifischen Abbau von umfangreichen Substratmengen darstellt, zeigen unsere Daten, dass die Autophagie bei der Regulation der zellulären PL nicht nur eine quantitative, sondern auch qualitative Bedeutung hat. Der Metabolismus der Neutrallipide (NL) wurde als weiteres zentrales Element für die Regulation der Zusammensetzung der PL-Spezies identifiziert. Insgesamt beeinflusst der NL-Metabolismus die Verteilung von Fettsäuren innerhalb der Zelle quantitativ in einem ähnlichen Umfang wie die Autophagie. Innerhalb des NL-Metabolismus erbringt die Phospholipid: DAG-Acyltransferase (PDAT) Lro1p einen wesentlichen Beitrag zur PL-Deacylierung, und scheint eine prominente Rolle beim Umbau von PL generell zu spielen. Durch eine Modulation des Substrats der PL-Synthese scheinen die acyl-CoA-abhängigen Biosyntheseaktivitäten des NL-Metabolismus indirekt auch die Zusammensetzung der molekularen Spezi es der PL zu beeinflussen. Darüber hinaus stellten wir fest, dass eingeschränkte NL-Synthese zu erhöhtem autophagischen Abbau von PL führt, während die beeinträchtigte Sequestrierung von Substrat für autophagischen Abbau umgekehrt zu einer verstärkten NL-Synthese führt.