Doctoraatsverdediging

Faculty of Science
Role of the yeast Gap1 amino acid transceptor in sensing and signaling.
Doctorandus/a PhD student
  Name: Griet Van Zeebroeck
Promotie / Defence
  When: 20.05.2009, 14h00
  Language: English
  Where: aula Arenbergkasteel, 01.07, Kasteelpark Arenberg 1, 3001 Heverlee
 
Promotor / Supervisor
  Prof. dr. Johan Thevelein (promotor)
 
Samenvatting van het onderzoek / Summary of Research

Voor mensen en dieren zijn zintuigen van levensbelang voor het waarnemen van prikkels uit het milieu. Deze prikkels worden vervolgens omgezet in impulsen. De eigenlijke waarneming van prikkels gebeurt door individuele cellen. Chemische prikkels worden waargenomen door receptoren op het membraan van cellen. Deze receptoren worden geactiveerd door chemische boodschappermolecules die aan de cel toekomen en zullen vervolgens op hunbeurt binnenin de cel een signaalsysteem in gang zetten. Deze systemen regelen de stofwisseling, groei en vermenigvuldiging van de cellen. Een belangrijke functie van dit systeem is de communicatie tussen de verschillende organen in een meercellig organisme, zoals zoogdieren en mensen. Naar analoge wijze is herkenning en opname van voedingsstoffen van essentieel belang voor overleving, groei en vermenigvuldiging van cellen. Cellen transporteren voedingsstoffen naar binnen, waar ze worden omgezet deels voor energiewinning en deels naar bouwstenen voor de groei en vermenigvuldiging van de cellen.Cellen bezitten verschillende mechanismen om hun stofwisseling aan te passen aan veranderende omgevingscondities, zoals een veranderende voedingssamenstelling. Een eerste vereiste hiervoor is dat de voedingsstoffen worden waargenomen. Dit kan gebeuren nadat ze naar binnen in de cel getransporteerd zijn, maar recent is gebleken dat dit ook reeds aan het celoppervlak kan gebeuren. In sommige gevallen kunnen receptoreiwitten aan het celoppervlak worden geactiveerd door aanwezigheid van een voedingsstof, waarna een signaalweg in gang wordt gezet die dezelfde is als die gestuurd door chemische signaalmolecules (Holsbeeks). Deze signaalweg kan dan de opname van de voedingsstof door de transporteiwitten, die de voedingsstoffen naar binnen brengen, beïnvloeden en ook de intracellulaire verwerking van de voedingsstof regelen. De aanwezigheid van voedingsstoffen geeft op die manier prikkels door aan de cellen, waarop de cellen reageren door hun activiteit aan te passen.  Recent onderzoek aan de KULeuven heeft nu aan het licht gebracht dat transporteiwitten zelf ook als receptor voor de detectie van voedingsstoffen dienst kunnen doen. Dit wijst erop dat één enkel proteïne tegelijkertijd informatie kan doorgeven en voedsel naar binnen halen. Deze transporterende receptor eiwitten worden bijgevolg transceptoren genoemd.Het onderzoek werd uitgevoerd in gist, een eukaryoot micro-organisme. De gist Saccharomyces cerevisiae, in het dagelijkse leven gebruikt voor het bakken van brood en brouwen van bier, wordt echter vaak gebruikt als modelorganisme voor het onderzoek op hogere cellen. Vele aspecten bij gistcellen zijn zeer gelijkaardig met menselijke eukaryote cellen, maar gistcellen zijn makkelijker te kweken en te hanteren. Vooral het genetischen moleculair biologisch onderzoek biedt bij gistcellen veel meer mogelijkheden dan bij cellen van zoogdieren. Vele eiwitten die in gist voorkomen, hebben bovendien een gelijkaardige variant in mensencellen die meestal ook een gelijkaardige functie uitoefent. Zo levert het fundamentele basisonderzoek in gist vaak cruciale nieuwe inzichten voor onderzoek in de humane geneeskunde.De recente resultaten inzake transceptoren zijn gebaseerd op de studie van het Gap1-eiwit in gist. Gap1 staat voor ‘general amino acid permease’ of algemeen aminzuur permease. Lange tijd werd het verondersteld een 'gewoon' transporteiwit te zijn, verantwoordelijk voor transport van aminozuren naar binnen in de cellen. Gap1 blijkt echter niet alleen te kunnen transporteren, maar het eiwit geeft ook een signaal door aan de cel dat er ‘eten’op komst is, dat de omstandigheden gunstig zijn (Donaton). Aanwezigheid van bepaalde aminozuren zet via Gap1 een zelfde reactieketen in gang als deze geïnitieerd door aanwezigheid van hormonen bij hogere cellen of door andere voedingsstoffen die receptoren activeren zoals suikers bij gist. De activatie van de signaalweg veroorzaakt een snelle reactie van de gistcellen. Ze activeren onmiddellijk het systeem voor aanmaak van nieuwe proteïnen, en dus de groei, en activeren ook de fermentatieen de afbraak van reservesuikers waardoor de energievoorziening wordt gestimuleerd. Op die manier werken de aminozuren die door Gap1 worden getransporteerd precies als een hormoon in op de cellen. Bovendien gebruikthet eiwit dezelfde plaats om het voedsel te binden alvorens het te transporteren als voor de herkenning voor signalering. Het aminozuur zelf vervult dus ook een dubbelrol, als signaalstof voor het activeren van groei en stofwisseling en als grondstof voor de bouw van eiwitten en dus voor de groei van de cellen. Een belangrijke doorbraak in het onderzoek op Gap1 werd gerealiseerd door een screening van een uitgebreide collectie van moleculen die sterk gelijken op aminozuren (Van Zeebroeck). Dit leverde een schat aan stoffen op die via Gap1 de signaalweg konden activeren, en dit via verschillende mechanismen. Anderzijds waren er moleculen die wel met Gap1 konden binden maar toch niet konden signaleren. Dankzij de manier waarop deze stoffen aan Gap1 binden en al dan niet kunnen signaleren, werd er voor de eerste keer een grondig inzicht bekomen in de werking van een transceptor van voedingsstoffen.Ondertussen werden ook voor ammonium (Van Nuland) en voor fosfaat (Giots) gelijkaardige transceptors bij gist ontdekt. Zij blijken op dezelfde manier te werken als Gap1 en kunnen onder de gepaste omstandigheden dezelfde signaalweg activeren en dus ook de groei en de fermentatie van de cellen. Bij gist blijkt het verschijnsel van de voedingsstof transceptorsdus een brede betekenis te hebben.Ook bij fruitvliegen en bij zoogdieren veroorzaakt het uitschakelen vanaminozuurtransporters effecten op de groei die niet kunnen worden uitgelegd door vermindering van het transport alleen. Men vermoedt dat de betrokken aminozuurtransporters dus ook een dubbele rol als transceptor spelen (Goberdhan, Hyde). Verder onderzoek is nodig om dit te onderbouwen en om na te gaan hoe algemeen het verschijnsel van de voedingsstof transceptors ook bij hogere cellen is.

 
Volledige tekst van het doctoraat / full text
https://lirias.kuleuven.be/handle/1979/2657

 
Examencommissie / Board of examiners
  Prof. dr. Johan Thevelein (promotor)
  Prof. dr. Patrick Van Dijck (voorzitter/chairman)
  Prof. dr. Filip Rolland (secretaris/secretary)
  Prof. dr. Jozef Vanden Broeck
  Mevrouw Marta Rubio Texeira
  Prof. dr. Per O. Ljungdahl , Stockholm University
  Ph.D. Matthias Versele , Janssen Pharmaceutica