Regulation von Kinase-Substrat-Netzwerken Muskelzellen unter mechanischen Stress

• Antragstellerin: Professorin Dr. Bettina Warscheid
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie ; Biochemie
• Förderung: Förderung seit 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 388932620

Die präzise Regulation eines komplexen intrazellulären Signalnetzwerkes ist essentiell, um den hohen mechanischen Anforderungen kontrahierender Skelettmuskeln nachzukommen. Protein-phosphorylierung ist zentral für die bei mechanischer Belastung ausgelösten molekularen Reaktionen. Diese reversiblen Phosphorylierungsereignisse werden von einer Vielzahl an Kinasen und Phosphatasen kontrolliert und bestimmen zelluläre Antworten. Jedoch besteht noch immer eine große Wissenslücke bezüglich der Targets und der Mechanismen, welche der mechanischen Stressantwort zugrunde liegen. In der ersten Förderperiode haben wir daher Änderungen im Phosphoproteom von Myotuben unter mechanischem Stress untersucht. Unsere Daten ergaben eine starke Aktivierung der MAP-Kinasen JNK1, p38, ERK1/2 sowie PKC und AKT. Durch eine integrative Analyse bestimmten wir Filamine, bestimmte kleine Hitzeschockproteine sowie BAG3 und Mitglieder der Chaperon-assistierten selektiven Autophagie als zentrale Targets der mechanischen Stressantwort. Innerhalb dieses Filamin-assoziierten Proteinnetzwerkes haben wir die zahlreichen Stellen für (De)Phosphorylierung genau lokalisiert. Wir identifizerten Filamin C (FLNc) als Knotenpunkt der Signalweiterleitung in Myotuben bei mechanischem Stress. Wir zeigten, dass eine AKT- und PKC-vermittelte doppelte Phosphorylierung von FLNc, in seiner mechano-sensitiven Domäne 20, die Bindung zum Filamin A-interagierenden Protein 1 (FILIP1) reduziert. FLNc wird durch diese doppelte Phosphorylierung stabilisiert, da FILIP1 bei seinem autphagischen Abbau beteiligt ist. Bei mechanischem Stress werden jedoch beide Stellen dephosphoryliert, was sehr wahrscheinlich durch die Proteinphosphatase 1 vermittelt wird. Im Gegesatz dazu hatte die Phosphorylierung von FLNc in anderen Regionen einen Einfluß auf Chaperon-Bindung und Filamin-Entfaltungsdynamiken. Ein zentrales Ziel der geplanten Arbeit ist daher, Kinasen und Phosphatasen zu identifizieren und verifizieren, die für die reversiblen Phosphorylierungen in den verschiedenen FLNc-Regionen sowie in BAG3 und den weiteren Akteuren autophagischer Prozesse bei mechanischem Stress verantwortlich sind. Dazu werden wir Inhibitorstudien von den bei mechanischem Stress aktivierten Kinasen und Phosphatasen in Kombination mit quantitativer Phosphoproteomik durchführen. Wir werden aufklären, ob Dephosphorylierung von FLNc einen Schalter für FILIP1-vermittelten Abbau bei akutem mechanischem Stress darstellt. Außerdem werden wir Kinase-regulierte Änderungen in FLNc-Chaperon-Interaktionen und kraftabhängige Entfaltungsdynamiken charakterisieren. FLNc-Phosphorylierungen werden stellenspezifisch hinsichtlich der Auswirkungen auf Sarkomerstabilität bewertet. Das erlangte Wissen über diese komplexen Kinase- und Phosphatasebeziehungen von FLNc und den Mitgliedern seines Proteostasisnetzwerkes wird uns zukünftig ermöglichen, die zentralen Targets und Mechanismen beim Schutz gegen mechanischen Stress gezielt und präzise zu modulieren.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 2743: Zelluläre Schutzmechanismen gegen mechanischen Stress