Das Metallothionein Zym1 aus Schizosaccharomyces pombe - Untersuchungen zur Funktion des Metallothioneins in einem phytochelatin-bildenden Organismus

Abstract

Die Chelatierung von Schwermetallen innerhalb der Zelle ist einer von vielen Mechanismen, um sich gegen die toxische Wirkung von Schwermetallen zu schützen. In der Spalthefe Schizosaccharomyces pombe stellt die Bindung von Cadmium, Kupfer als auch Arsenit und Arsenat an Phytochelatine (PC) den Hauptentgiftungsmechanismus dar. Neben Phytochelatinen wurde kürzlich die Sequenz eines Metallothioneins (zym1) im Genom von S. pombe entdeckt. Das gemeinsame Vorkommen von PC und MT wirft allerdings Fragen über die Funktion zweier potentieller Chelatoren innerhalb eines Organismus' auf. Die Inaktivierung der Phytochelatinsynthase (PCS) und des MT in S. pombe zeigt, dass das Metallothionein Zym1 nicht zur Schwermetalltoleranz beiträgt. Es wird jedoch nach Kupferbehandlung induziert. Metallbindungsstudien zeigen Kupferbindung, obwohl Zym1 in parallel durchgeführten Studien als zinkbindendes Protein beschrieben wurde (Borrelly et al., 2002). Umfangreiche Vergleiche zwischen Wildtyp und der MT knock-out Mutante zeigten keine Unterschiede bis auf einen massiven Einstrom von Kalzium, der nur im Wildtyp, nicht aber in der Mutante beobachtet werden konnte. Dieses Phänomen ist bisher noch nicht beschrieben worden und könnte auf einen Zusammenhang von MT, Kupfer- und Kalziummetabolismus hindeuten.

Chelation of heavy metals within a cell is one mechanism to prevent heavy metal induced toxicity. Phytochelatins are known to be involved in binding of cadmium and excess amounts of copper, as well as arsenite and arsenate in the fission yeast Schizosaccharomyces pombe. However, the S. pombe genome also contains a metallothionein gene (zym1). The occurence of two potential chelators within one organism begs questions about their functions. S. pombe cells lacking a functional phytochelatin synthase (PCS) show decreased tolerance towards the above mentioned metals. When we disrupted zym1 no change in tolerance was observed, concluding that Zym1 does not contribute to heavy metal tolerance. Zym1 is induced by copper. Metal binding studies showed copper binding however, in parallel studies Zym1 was described as a zinc binding protein (Borrelly et al., 2002). Extensive experiments regarding the function of Zym1 did not show differences between wild type and the zym1 knock out except for an increase in calcium concentration after copper treatment in wild type. This phenomenon was never observed before and could suggest a correlation between MT, copper and calcium metabolism.