Ein Adaptorproteinnetzwerk, das generelle und regulatorische Proteolyse in Bacillus subtilis kontrolliert

• Antragsteller: Professor Dr. Kürsad Turgay
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung von 2009 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 116735081

Proteinqualitätskontrollsysteme sind wichtig für zelluläre Proteinhomöostase und überwachen die Aktivität und den Faltungszustand von Proteinen in allen Zellen. Diese hochkonservierten Systeme bestehen aus Chaperonesystemen und AAA+ Proteasekomplexen, wie z.B. bakterielle Hsp100/Clp Proteasekomplexe. Die Chaperone können Proteinmissfaltung verhindern, missgefaltete Proteine aktiv zurückfalten und Proteinaggregate auflösen und gleichzeitig rückfalten, wohingegen die AAA+ Proteasekomplexe nicht auflösbare Proteinaggregate und nicht rückfaltbare missgefaltete Proteine, die möglicherweise toxisch wirken können, durch Proteolyse endgültig aus den Zellen entfernen können. Gleichzeitig sind die AAA+ Proteasekomplexe nicht nur in genereller sondern auch an regulatorischer Proteolyse z.B. durch kontrollierte Degradierung von Transkriptionsfaktoren, beteiligt. Diese Proteasekomplexe bestehen aus hexameren AAA+ Ringen, die unter ATP Verbrauch Substratproteine aktiv entfalten und diese zur Hydrolyse in das Innere eines assoziierten Proteasekomplexes weiterleitet. In B. subtilis sind Proteinqualitätskontrolle, Stressantwort und Regulation von verschiedenen zellulären Entwicklungsprozessen eng miteinander verzahnt und verbunden. Für die ATP abhängige, dem eukaryotischem Proteasom ähnliche und analoge ClpCP Protease konnte gezeigt werden, dass sie sowohl an der generellen Proteolyse zur Proteinqualitätskontrolle als auch mithilfe regulatorischer Proteolyse an der Kontrolle der Hitzeschockantwort, Kompetenzentwicklung und Sporulation in B. subtilis beteiligt ist.Diese zentrale und vielseitige Rolle von ClpC in der B. subtilis Physiologie eröffnet einen guten Untersuchungsansatz, um den Zusammenhang zwischen genereller und regulierter Proteolyse zu erforschen. Das Hsp100/Clp Protein aus der AAA+ Familie ClpC von B. subtilis bildet mit der Peptidase ClpP die ATP-abhängige Protease ClpCP. Unsere bisherigen Untersuchungen konnten zeigen, dass die dynamische Formierung und damit gleichzeitig die Aktivierung des ClpCP Protease Komplexes, von der Anwesenheit verschiedenen Adaptor-Proteinen abhängt. Diese Adaptor-Proteine wie z.B. MecA und die Argininkinase McsB, deren Aktivität wiederum auch reguliert ist, sind auch verantwortlich für die Substratselektion von ClpC. In unserem Fortsetzungsantrag wollen wir neuere Erkenntnisse und Aspekte der Rolle der AAA+ Proteine und deren assoziierten Adaptorproteinen und Proteasekomplexen nachgehen. Wir wollen (1) untersuchen ob ClpC mithilfe der Adaptorproteine möglicherweise auch unabhängig von ClpP z.B. zusammen mit Chaperonen als Disaggregase im bakteriellen Proteinqualitätskontrollsystem wirken kann. Außerdem wollen wir (2) die Rolle von McsB als Kinase und Adaptorprotein in der Auflösung von subzellulären Proteinaggregaten und seiner regulatorischen Kontrolle von ClpC untersuchen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen