Charakterisierung und physiologische Bedeutung des Dck1/Lmo1/Rho5-Komplexes in Hefen

• Antragsteller: Professor Dr. Jürgen J. Heinisch
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 287022530

Kleine GTPasen spielen eine entscheidende Rolle in eukaryontischen Zellen von Hefen bis zum Menschen. Die Hefe besitzt sechs GTPasen der Rho-Familie: Rho1 bis Rho5 und Cdc42, von denen Rho5 noch wenig untersucht ist. Rho5 ist wichtig für die Zellwand-Integrität und Dck1/Lmo1 gilt als ein möglicher dimerer GEF (GDP/GTP-Austauschfaktor). Dck1 und Lmo1 sind Homologe der menschlichen DOCK- und ELMO-Proteine, die an der Organisation des Aktin-Zytoskeletts mitwirken, das Rho5-Homologe Rac1 regulieren, und mit neurobiologischen Defekten korreliert werden. Wir konnten den Dck1/Lmo1/Rho5 (DLR)-Komplex in der Modellhefe Saccharomyces cerevisiae beschreiben und zeigen, dass er unter oxidativem Stress von der Plasmamembran zu den Mitochondrien wechselt und sowohl Mitophagie als auch Apoptose steuert. Mit den vorgeschlagenen Experimenten möchten wir die Rolle des DLR-Komplexes bei der Antwort auf oxidativen Stress, der Mitophagie und Apoptose, sowie der Regulation der Zytokinese in den Hefen S. cerevisiae und Kluyveromyces lactis untersuchen. Der Antrag gliedert sich in drei miteinander verknüpfte Fragestellungen:1. Wie wird die Aktivität des DLR-Komplexes auf molekularer Ebene reguliert und in die zelluläre Signaltransduktion unter oxidativem Stress integriert? - Zunächst möchten wir die Funktion von Dck1/Lmo1 als spezifischer GEF für Rho5 bestätigen. Die Untersuchung von Rho5-Mutanten ohne Ubiquitinierungsstellen wird zeigen, ob diese Modifikation für seine Mitophagie-Aktivität nötig ist. Ob die Lokalisierung des DLR-Komplexes an Mitochondrien für die Mitophagie und die Apoptose wichtig ist, werden Titrationsexperimente in vivo an verschiedenen Membranen klären. Neue Komponenten zur Aufklärung der Signalkette ober- und unterhalb von DLR werden durch genetische Screens isoliert.2. Wie wird der Signalweg der Zellwand-Integrität mit der DLR-Funktion koordiniert? - Hier soll der Einfluß der Aggregation des Wsc1-Sensors auf die Mitophagie geklärt werden, sowie die Rolle der Proteinkinase-Aktivität der nachgeschalteten Slt2-Kinase. Mithilfe von Epistasieanalysen können wir feststellen, ob die beiden Signalwege gemeinsam in der Mitophagie münden, oder unabhängig voneinander arbeiten.3. Hat der DLR-Komplex eine Funktion in der Zytokinese? - Es gibt nur wenige Hinweise auf eine Rolle des DLR-Komplexes in der Organisation des Aktin-Zytoskeletts und des Aktomyosinrings während der Zytokinese in Hefen. Die morphologischen Defekte in einer Kldck1-Mutanten der eher auf Atmung spezialisierten Milchhefe K. lactis empfehlen sie als ein alternatives Modellsystem zu S. cerevisiae, um die Auswirkungen auf die Zytokinese zu untersuchen.Zusammenfassend ist die Rolle von Rho-GTPasen beim Zelltod, der Mitophagie und der Zytokinese noch nicht ausreichend verstanden ist. Es ist anzunehmen, dass die hier vorgeschlagenen Modelluntersuchungen in Hefen helfen werden, grundlegende molekulare Mechanismen aufzuklären, mit möglichen Auswirkungen in Humanbiologie und Medizin.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen