At the moment exist two models of the fusion of biological membranes in the scientifique literature. i.) The basis of the SNARE-hypothesis (Soluble NSF Attachment Protein Receceptors) is that membrane-anchored protein complexes between opposing membranes can drive mixing between lipids of the different membranes, induce hemi-fusion intermediates and lead to membrane fusion. Central in this hypothesis are the SNARE-proteins syntaxin, synaptobrevin and SNAP-25. ii.) In the pore-hypothesis a proteinacious pore that spans two opposing membranes is postulated. Lipids are thought to invade the pore, leading to a lipid filled protein channel connecting the two membranes. Dissociation and lateral diffusion of the pore subunits is assumed to complete the fusion reaction. In the pore hypothesis the transmembraneous part (V0) of the vacuolar ATPase (V-ATPase) is currently discussed as fusogene.
A goal of this thesis was to identify in the genome project of the ciliate Paramecium tetraurelia all the genes encoding SNAREs and the V0-sector of the V-ATPase and to analyse some of the genes in more detail. The first goal was to test whether it was possible to find hints about the participation of V0 in the exocytosis of dense core secretory granules (trichocysts) in Paramecium. The second goal was to identify SNARE-proteins that may be involved in the exocytosis of trichocysts.
During this thesis in collaboration with co-workers of the Plattner laboratory at the University of Konstanz, Germany, and the Cohen lab at the CNRS in Gif-sur-Yvette, France, almost all genes of the V-ATPase could be identified. Six c-subunit genes of V0 and two F-subunit genes of V1 were investigated in more detail by using green fluorescent protein (GFP) localization techniques and a functional approach by using RNA interference (RNAi). The results of the study are published in Wassmer et al., (2005, Chapter 2). Further works on the a-subunit of V0 showed that this subunit is encoded by 17 genes whose products are targeted to widely different compartments (Wassmer et al., 2005, submitted, Chapter 3). On established membrane fusion sites no V0-subunits could be detected, so from the two manuscripts it can be concluded that a participation of V0 in membrane fusion in Paramecium is highly unlikely.
During this thesis 15 synaptobrevin- and 26 syntaxin-encoding genes could be indentified. In phylogenetic studies, localization using GFP/isoform-specific antibodies and functional tests using RNAi many SNARE genes could be attributed to different trafficking pathways in the Paramecium cell (Schilde et al., 2005, submitted, Chapter 4). Within the syntaxins, one could be identified whose gene product is localized in the plasma membrane. This result will allow a closer characterization of the role of syntaxin in regulated exocytosis in the future (Kissmehl et al., 20005, in preparation, Chapter 5).

Im Moment existieren zwei konkurierende Modelle der Fusion zweier biologischer Membranen in der Literatur. i.) In der sogenannten "SNARE"-Hypothese (Soluble NSF Attachment Protein Receceptors) geht man davon aus, daß Transmembranproteine, die sich in den zu verschmelzenden Membranen befinden, Proteinkomplexe ausbilden können die zur räumlichen Annäherung der benachbarten Membranen, der Ausbildung von Lipidhemifusionen und schließlich der kompletten Membranfusion führen. Zentral in der SNARE-Hypothese sind die SNARE-Proteine, die sich in Syntaxine, Synaptobrevine und SNAP-25 einteilen lassen. ii.) In der Porenhypothese wird postuliert, daß eine durchgängige Proteinpore die beiden zu fusionierenden Membranen durchspannt. In diese Proteinpore wandern Lipide zur Ausbildung eines Lipidkanals ein, laterale Diffusion der Porenuntereinheiten soll die komplette Fusion einleiten. In der Porenhypothese wird der Transmembranteil der vakuolären ATPase (V-ATPase) als Fusogen diskutiert.
Ein Ziel dieser Doktorarbeit war, im voranschreitenden Genomprojekt des Ciliaten Paramecium tetraurelia möglichst alle Gene der SNAREs und des V0-Teils der vakuolären ATPase zu identifizieren und ausgewählte Gene im Detail zu analysieren. Ein Hauptziel war zu testen, ob sich Beweise für die Porenhypothese mit V0 als Porenbildner in Paramecium finden lassen. Dies galt es vor allem in Bezug auf die kontrollierte Exocytose der Sekretorganellen von Paramecium (Trichocysten) zu testen. Das zweite Hauptziel war, Kandidaten innerhalb der SNAREs zu identifizieren, die bei der Trichocystenexocytose eine Rolle spielen könnten.
Während dieser Doktorarbeit, die in Kooperation mit Mitarbeitern des Lehrstuhl Plattner and der Universität Konstanz und des Labor Cohen am CNRS Gif-sur-Yvette durchgeführt wurde, konnten fast alle Gene der V-ATPase identifiziert werden. Sechs Gene der c-Untereinheiten des V0-Teils und zwei Gene des V1-Teils der ATPase wurden im Detail analysiert, speziell in Bezug auf Lokalisierung unter Verwendung des "Green-fluorescent-protein" und funktionelle Bedeutung mit RNAi (RNA interference), die Ergebnisse wurden in Wassmer et al., (2005) publiziert. Die weitere Arbeit an a-Untereinheiten von V0 zeigte, daß diese Untereinheit von 17 verschiedenen Genen kodiert wird, deren Genprodukte in der Paramecium-Zelle stark unterschiedlich positioniert sind (Wassmer et al., eingereicht; Chapter 3). An etablierten Membranfusionsstellen konnten diese Untereinheiten aber nicht gefunden werden. Deshalb kann aus diesen beiden Arbeiten zusammenfassend geschlossen werden, daß es sehr unwahrscheinlich ist, daß V0 in der Membranfusion in Paramecium eine allgemeine Rolle spielt.
Während dieser Doktorarbeit konnten 15 Synaptobrevingene und 26 Syntaxingene identifiziert werden. In phylogenetischen Studien, Lokalisierung vermittels GFP oder genspezifischen Antikörpern und funktionellen Tests unter RNAi-Verwendung konnten zahlreiche der SNARE-Gene verschiedenen Transportrouten der Paramecium-Zelle zugewiesen werden (Schilde et al., eingereicht; Chapter 4). Innerhalb der Syntaxine konnte eines identifiziert werden, dessen Genprodukt an der Plasmamembran vorkommt. Dieser Befund wird die engere Charakterisierung der Rolle von Syntaxin in der kontrollierten Exocytose von Trichocysten ermöglichen (Kissmehl et al., in Vorbereitung; Chapter 5).