Struktur, biologische Funktion und Stoffwechsel von Inositolphosphaten in Dictyostelium

Forschungsbericht 1997 - 1999

Fachbereich 09: Chemie

Struktur, biologische Funktion und Stoffwechsel von Inositolphosphaten in Dictyostelium

Vogel, Günter,Prof. Dr.; Adelt, Stephan, Dr.; Emde, Barbara, Dr.; Dipl. Chem. Guido Dallmann ; Dipl. Chem. Andreas Fischbach; Dipl.Chem. André Hansen; Knipp, Markus, Dipl. Chem; Laußmann, Dr.; Dipl. Chem. Claudia Pikzack; Thiel, Ulrich, Dr.; Dipl. Chem. Christine Trautwein; Ubeidat, Muatasem, Dr.

Phosphoinositide und Inositolphosphate spielen eine zentrale Rolle bei der intrazellulären Signalvermittlung. Vom myo-Inositol abgeleitete Verbindungen sind beteiligt an fundamentalen zellulären Prozessen wie Zellmotilität, Endocytose, Chemotaxis sowie Zelldifferenzierung. Dictyostelium , eine soziale Amöbe, besitzt einen komplexen Inositolphosphat/ Phosphoinositid Stoffwechsel, der in vielen Gesichtspunkten dem von Säugerzellen ähnelt, ist aber experimentell besser zugänglich.

Zunächst wurde eine hochauflösende HPLC-Methode zur qualitativen und quantitativen Analyse von Inositolphosphaten in unserem Labor etabliert. Von den dreiundsechzig möglichen Isomeren wurden mehr als zwanzig in Dictyostelium gefunden. Ferner konnte eine neue Klasse von hochphosphorylierten Inositolphosphaten mit energiereichen Pyrophosphatgruppen identifiziert und deren Struktur aufgeklärt werden. Diese sind ubiquitär verbreitet aber ihre physiologische Bedeutung ist bisher weitgehend unbekannt. Neben generellen Funktionen als Energiespeichermoleküle werden auch spezifische Funktionen bei der Endocytose und dem Vesikel-Transport, bei der Osmoregulation und bei der Rezeptor- Desensibilisierung diskutiert.

Gereinigt und charakterisiert wurden verschiedene spezifische Kinasen und Phosphatasen, wodurch Hinweise auf die Stoffwechselrouten und deren Regulation erhalten wurden.

Die absolute Konfiguration einer Reihe von Schlüsselmetaboliten wurde aufgeklärt und Enzym-unterstützte Synthesen zur Darstellung biologisch aktiver Inositolphosphate entwickelt. Durch gezielte Mutagenese soll die Expression von Schlüsselenzymen des Inositol-Stoffwechsel beeinflusst werden. Die Analyse des Phänotyps der Mutanten soll zu einem besseren Verständnis der Stoffwechselwege beitragen und Hinweise auf physiologische Funktionen der Metabolite liefern.

Schlagworte: Inositolphosphate, Signaltransduktion, Dictyostelium

Laufzeit: seit 1990

Drittmittelgeber: DFG

Publikationen:

Laußmann,T.; Eujen, R.; Weißhuhn, M.; Thiel, U. ; Vogel,G.: Structures of diphospho-myo-inositol pentakisphosphate and bisdiphospho-myo-inositol tetrakisphosphate from Dictyostelium resolved by NMR analysis. Bioch. J. 315, 715-720 (1996).
Laußmann, T.; Reddy K.L.; Reddy, K.K.; Falck,R.; Vogel,G.: Diphospho-myo-inositol phosphates from Dictyostelium identified as D-6-diphospho-myo-inositol pentakisphosphate and D-5,6-bisdiphospho-myo-inositol tetrakisphosphate. Bioch.J. 322, 31-33 (1997).
Laußmann ,T.; Hansen, A.; Reddy, K.M.; Reddy, K.K.; Falck, J.R.; Vogel, G. Diphospho-myo-inositol phosphates in Dictyostelium and Polysphondylium: identification of a new bisdiphospho-myo-inositol tetrakisphosphate. FEBS Lett. 426, 145-150 (1998).
Adelt, St.; Plettenburg, O.; Stricker, R.; Reiser, G.; Altenbach, H.-J.; Vogel, G. Enzyme-Assisted Total Synthesis of the Optical Antipodes D-myo-Inositol 3,4,5-Trisphosphate and D-myo-Inositol 1,5,6-Trisphosphate: Aspects of Their Structure-Acitivity Relationship to Biologically Active Inositol Phosphates. J. Med. Chem. 42, 1262-1273 (1999).
Stricker, R.; Adelt, St.; Vogel, G.; Reiser, G. Translocation between membranes and cytosol of p42IP4, a specific inositol 1,3,4,5-tetrakisphosphate/phosphatidylinositol 3,4,5-trisphosphate-receptor protein from brain, is induced by inositol 1,3,4,5-tetrakisphosphate and regulated by a membrane-associated 5-phosphatase. Eur. J. Biochem.15, 815-824 (1999).
Martin, R.B.; Laußmann, T.; Bakker-Grunwald, T.; Vogel, G.; Klein, G. neo-Inositol Polyphosphates in the Amoeba Entamoeba histolytica. J. Biol. Chem.,275, 10134-10140 (2000).
Laußmann, T.; Pikzack, C.; Thiel, U.; Mayr, G.W.; Vogel, G. Diphospho-myo-inositol phosphates during the life cycle of Dictyostelium and Polysphondylium. Eur. J. Biochem. 267, 2447-2451 (2000).
Plettenburg, O.; Adelt, St.; Vogel, G.; Altenbach, H.-J. De novo synthesis of the enantiomers Ins(1,2,3,4)P₄ and Ins(1,2,3,6)P₄ -regiospecifictiy of their enzymatic dephosphorylation. Tetrahedron: Asymmetry, 11, 1057-1061 (2000).

Dissertationen

Ulrich Thiel
Inositolphosphate, Phosphoinositide und Signaltransduktion in Dictyostelium discoideum. -Vergleich von Wildtyp und Phagocytose-Mutanten. Dissertation. BUGH Wuppertal (1994).

Stephan Adelt
Untersuchungen zum Stoffwechsel von myo-Inositolpolyphosphaten in Dictyostelium discoideum: Anreicherung und Charakterisierung von Phosphohydrolasen; Synthetisches Potential der Enzyme zur Darstellung enantiomerenreiner, biologisch aktiver Inositolphosphate. BUGH Wuppertal (1999).

Tim Laußmann
Diphosphoinositolphosphate in Dictyosteliden: Strukturen und Stoffwechsel. BUGH Wuppertal (1999).

Muatasem Ubeidat
Inositol Phosphate Metabolism in Dictyostelium discoideum: Purification and Characterization of a myo-Inositol Pentakisphosphate 3/5-kinase. BUGH Wuppertal (1999).

Diplomarbeiten

Markus Knipp
Untersuchung zum enzymatischen Abbau von Inositolpolyphosphaten in Dictyostelium discoideum: Ein myo-Inositolhexakisphosphat hydrolysierendes Enzym und seine Produkte: Isolierungen und Charakterisierungen
Andreas Fischbach
Inositolphosphatstoffwechsel in Dictyostelium discoideum: Isolierung, NMR-spektroskopische Charakterisierung und Konfigurationsbestimmung von Inositoltrisphosphaten in Dictyostelium. BUGH Wuppertal (1997).
Claudia Pikzack
Stoffwechsel hochsphosphorylierter Inositolphosphate in zellulären Schleimpilzen: Abhängigkeit von Wachstum und Differenzierung, Untersuchung von Extrakten aus Polysphondylium pallidum auf Enzymaktivitäten. BUGH Wuppertal (1998).
André Hansen
Untersuchungen zum enzymatischen Abbau von Inosit0lpolyphosphaten in Dictyostelium discoideum: Reinigung und Charakterisierung einer Inositolpentakisphosphat-/Inositoltetrakisphosphat-Phosphohydrolase. BUGH Wuppertal (1999).
Christine Trautwein
Untersuchungen zur physiologischen Funktion von "energiereichen" Diphosphoinositolphosphaten. BUGH Wuppertal (1999

Forschungs-Footer

Redaktion: Bernhard Block, Dez 2.4