title: Import of peroxisomal matrix proteins by the receptors Pex5a, Pex5b and Pex7 of Ustilago maydis
title: Import peroxisomaler Matrixproteine über die Ustilago maydis Rezeptoren Pex5a, Pex5b und Pex7
Creators: name: Ast, Julia
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2017
Subjects: Pex5
PTS1
Peroxisom , Import
Ustilago maydis
import
Pex7
Ustilago
PTS2
Life sciences
Biowissenschaften, Biologie
Ustilago maydis , peroxisome

description: Peroxisomes are organelles
      surrounded by a single membrane and are near-ubiquitous to
      eukaryotic cells. These organelles are essential for
      degradation of fatty acids and detoxify the in this process
      produced hydrogen peroxide. Peroxisomes can adapt their
      enzymatic content to the environment and the life cycle.
      Specialised peroxisomes can adopt very specific functions and
      are only found in a few cell types or organisms. Despite
      their diversity, peroxisomes share the same import system to
      transport proteins from the cytosol into the peroxisomal
      matrix. Peroxisomal proteins are translated in the cytosol
      and are imported as fully folded and co-factor bound proteins
      and even as oligomers. The vast majority of peroxisomal
      proteins contain a short conserved C-terminal targeting
      signal (PTS1). These proteins are imported by a conserved
      cytosolic receptor protein, Pex5. Only a few peroxisomal
      proteins carry an N-terminal targeting signal (PTS2), which
      is recognized by the receptor protein Pex7. After
      transferring the matrix protein across the peroxisomal
      membrane, the import receptors are recycled for further
      rounds of import. The plant pathogenic fungus Ustilago maydis
      encodes two Pex5 receptors (Pex5a, Pex5b) and one Pex7
      receptor. Deletion of pex5a abolished growth on oleic acid
      but has nearly no effect on pathogenic development. In
      contrast, Pex5b was found to be important not only for growth
      on fatty acids, but also for filament formation and
      virulence. While both Pex5a and Pex5b are essential for
      growth on oleic acid the PTS2 receptor is not requiredunder
      these conditions. Many PTS2 proteins found in a bioinformatic
      analysis are of unknown function and some of them harbour
      additonal targeting signals, leading to the conclusion that
      most matrix proteins are imported by the PTS1 receptors,
      especially during growth on oleic acid. Deletion of pex5b
      disrupted the peroxisomal targeting of all PTS1 proteins.
      Despite their colocalisation with a peroxisomal marker
      protein in wild type cells, a few were found to additionally
      reside in the cytosol after deletion of pex5a. Thus, the
      peroxisomal targeting of some PTS1 proteins depends on Pex5a
      as well as Pex5b. In this work it could be shown, that for
      import functions Pex7 depends on the presence of Pex5b. As a
      conclusion, Pex5b serves as co-receptor for both Pex5a and
      Pex7. Pex5a and Pex5b do not only interact with their cargos
      by binding of the PTS1. It is feasible that additional
      interactions may serve to discriminate between different
      cargos. Additionally, transcription of pex5a and pex5b is
      differentially regulated during the life cycle of U. maydis
      suggesting modulation of the peroxisomal proteome in adaption
      to the environment.
description: Peroxisomen sind von einer
      einfachen Membran umschlossene Organellen, die in den meisten
      eukaryotischen Zellen vorkommen. Sie sind essentiell für den
      Abbau von Fettsäuren und entgiften das dabei entstehende
      Wasserstoffperoxid. Peroxisomen und ihr enzymatischer Inhalt
      passen sich an die Umgebungsbedingungen und den Lebenszyklus
      an. Dabei können sich diese Organellen sogar so weit
      spezialisieren, dass sie neue Funktionen übernehmen. Trotz
      ihrer Diversität ist das Importsystem, mit dem lösliche
      Proteine aus dem Zytosol in die Peroxisomen transportiert
      werden, hoch konserviert. Peroxisomale Matrixproteine werden
      im Zytosol translatiert und im gefalteten Zustand von einem
      löslichen Rezeptor in die Peroxisomen importiert. Die
      Erkennung erfolgt dabei über peroxisomale Targeting-Signale
      (PTS). Diese Signale befinden sich entweder nahe des
      N-terminalen Endes (PTS2) oder am C-terminalen Ende (PTS1)
      des Proteins und werden von dem PTS2-Rezeptor Pex7 oder dem
      PTS1-Rezeptor Pex5 gebunden. Im Folgenden wird das geladene
      Matrixprotein, das Cargo, zur peroxisomalen Membran gebracht
      und in die Matrix transloziert. Abschließend werden die
      Rezeptoren recycelt und stehen für eine neue Importrunde zur
      Verfügung. Der phytopathogene Basidiomycet Ustilago maydis
      weist zwei Pex5 und ein Pex7 auf. Der Phänotyp einer
      pex5b-Deletionsmutante ist prominenter als der einer
      pex5a-Deletion. Beide Mutanten zeigen eine reduzierte
      Filamentbildung, verminderte Virulenz und ein eingeschränktes
      Wachstum auf Fettsäuren. Im Verlauf dieser Arbeit konnte
      nachgewiesen werden, dass sowohl Pex5a als auch Pex5b
      essentiell für die Verstoffwechselung von Fettsäuren sind,
      während der PTS2-Rezeptor unter diesen Bedingungen nicht
      benötigt wird. In einer bioinformatischen Analyse konnten
      PTS2-Proteine identifiziert werden, wobei von vielen keine
      Funktion bekannt ist und einige zusätzliche
      Zielsteuerungssignale aufweisen. Der überwiegende Teil der
      peroxisomalen Matrixenzyme erreicht dieses Organell über die
      PTS1-Rezeptoren. Bei Lokalisationsuntersuchungen von
      PTS1-Proteinen fiel auf, dass diese immer im Zytosol
      verbleiben, wenn pex5b deletiert war. Auf einige traf das
      auch nach Deletion von pex5a zu, obwohl diese Proteine in
      Wildtyp-Zellen peroxisomale Lokalisierung zeigten. Folglich
      werden für den Import mancher PTS1-Proteine sowohl Pex5a als
      auch Pex5b benötigt. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass
      Pex5a nur in Anwesenheit von Pex5b den Importzyklus
      durchlaufen kann und dass diese Abhängigkeit über die
      N-terminale Domäne (NTD) von Pex5b vermittelt wird. Die NTD
      von Pex5b enthält auch die Pex7-bindende Domäne und ist für
      den Pex7-vermittelten PTS2-Import essentiell. Zudem konnte
      gezeigt werden, dass die Cargo-Pex5-Interaktion nicht
      ausschließlich über die PTS1-Bindetasche von Pex5 vermittelt
      wird und so zusätzlich zwischen Cargos diskrimiert werden
      könnte. Da pex5a und pex5b außerdem während des Lebenszyklus
      von U. maydis differentiell exprimiert werden, legt dies
      nahe, dass Pex5a und Pex5b als Regulatoren des peroxisomalen
      Proteoms fungieren. Dabei könnten sie das enzymatische
      Repertoire der Peroxisomen an den durch die
      Umgebungsbedingungen bestimmten Bedarf anpassen.