Peroxisomen sind von einer einschichtigen Membran umgebene Zellorganellen, die nahezu in allen eukaryontischen Zellen vorkommen. Ihre Bedeutung im menschlichen Stoffwechsel wird durch eine Reihe schwerer genetischer Erkrankungen belegt, die durch Defekte der peroxisomalen Biogenese ausgelöst werden (Peroxisomale Biogenesedefekte, PBD). An der peroxisomalen Biogenese sind mindestens 23 Proteine (Peroxine) beteiligt, die durch PEX-Gene kodiert werden. Meistens wirkt sich der Defekt eines PEX-Gens in einem gestörten peroxisomalen Matrixprotein-Import aus, während peroxisomale Membrankomponenten normal synthetisiert werden und sich in leeren, residualen peroxisomalen Membranstrukturen (peroxisomal ghosts) ansammeln. Für PEX3-und PEX19-Hefemutanten konnte das Fehlen dieser peroxisomal ghosts gezeigt werden. Diese Beobachtung führten zu der Hypothese, dass beide Peroxine an der frühen peroxisomalen Membransynthese beteiligt sind. Das Ziel dieser Arbeit lag in der funktionellen Charakterisierung der humanen Peroxine PEX3 und PEX19, um neue Erkenntnisse über deren Bedeutung in der Humanbiologie und deren Beteiligung an genetischen Erkrankungen zu erlangen. Es konnte gezeigt werden, dass PEX19 mit drei peroxisomalen ABC-Halb-Transportern (Adrenoleukodystrophieprotein, ALDP; Adrenoleukodystrophie-related Protein, ALDRP; 70 kDa peroxisomalen Membranprotein, PMP70) interagiert. Somit wurde die Rolle von PEX19 als allgemeinspezifisches peroxisomales Membranprotein-Bindeprotein bestätigt. Als Vorarbeit für diese Protein-Protein Interaktionsversuche wurde das humane ALDR-Gen näher charakterisiert. Für Proteine, die von zwei PEX19-Splicevarianten kodiert werden, konnte ein funktioneller Unterschied hinsichtlich peroxisomaler Membranprotein-Interaktion und Einleitung der peroxisomalen Biogenese in PEX19-defizienten humanen Fibroblasten gezeigt werden. Es wurde widerlegt, dass die Farnesylierung von PEX19 essentiell für diese Funktionen ist. Dadurch ergibt sich der erste experimentelle Hinweis auf spezifische biologische Funktionen der unterschiedlichen vorhergesagten Domänen des PEX19-Proteins. Um die molekularen Details der peroxisomalen Biogenese zu untersuchen und um Behandlungsstrategien für die PBD zu entwickeln, wurden Vorarbeiten für die spätere Generierung eines PEX3-defizienten Mausmodells geleistet. Zum Zwecke der gezielten Suche nach Patienten mit einem PEX3-Defekt wurde das humane PEX3-Gen näher charakterisiert. Zwei inaktivierende PEX3-Mutationen konnten in zwei PBD-Patienten gefunden werden, welche einen schweren letalen Zellweger-Syndrom Phänotyp aufwiesen. Ihre Fibroblasten waren durch das Fehlen von morphologisch sichtbaren peroxisomalen Membranstrukturen charakterisiert. Da nach Expression der wild-typ PEX3-cDNA in den mutierten Zellen die peroxisomale Biogenese wieder hergestellt werden konnte, wurde PEX3 als neues humanes Krankheitsgen mit einer Schlüsselrolle in der frühen peroxisomalen Biogenese etabliert. Zusammenfassend belegen die hier präsentierten Daten die fundamentale Bedeutung von PEX3 und PEX19 in den ersten Schritten eines alternativen Weges der humanen peroxisomalen Biogenese. Im Vergleich zu dem Modell des Wachstums und Teilens von Peroxisomen benötigt dieser alternative Syntheseweg keine morphologisch detektierbaren peroxisomalen Membranen.
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Peroxisomen sind von einer einschichtigen Membran umgebene Zellorganellen, die nahezu in allen eukaryontischen Zellen vorkommen. Ihre Bedeutung im menschlichen Stoffwechsel wird durch eine Reihe schwerer genetischer Erkrankungen belegt, die durch Defekte der peroxisomalen Biogenese ausgelöst werden (Peroxisomale Biogenesedefekte, PBD). An der peroxisomalen Biogenese sind mindestens 23 Proteine (Peroxine) beteiligt, die durch PEX-Gene kodiert werden. Meistens wirkt sich der Defekt eines PEX-Gens...
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