Strukturbiologische Charakterisierung der Proteinkinase "target of rapamycin" und ihrer Wechselwirkungen mit Regulatoren und Substraten

• Antragstellerin: Privatdozentin Dr. Sonja Alexandra Dames
• Fachliche Zuordnung: Strukturbiologie
• Förderung: Förderung von 2009 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 156863793

Das "target of rapamycin" (TOR) ist eine Proteinkinase, die an der Schnittstelle mehrerer Signalübermittlungswege liegt, die das Zellwachstum kontrollieren. Eine stringente Kontrolle des Zellwachstums ist unerlässlich, damit einzelne Zellen oder Organe bzw. ganze Organismen eine charakteristische Größe erreichen. Eine Fehlregulation des Zellwachstums kann zur pathologischen Veränderungen in der Zell-, Organ- und Organismengröße sowie zu Stoffwechselkrankheiten, Krebs und neurodegenerativen Krankheiten wie Alzheimer führen.TOR ist ein modulares, ca. 280 kDa umfassendes Protein, das neben der katalytische Domäne über weitere funktionelle Bereiche verfügt, die Wechselwirkungen mit anderen zellulären Komponenten vermitteln. Das langfristige Ziel dieses Projekts ist die strukturelle Charakterisierung aller Domänen und deren Wechselwirkungen untereinander und mit TOR-Regulatoren und Substraten. Ein wichtiger Punkt ist dabei die strukturelle Charakterisierung des Netzwerk von TOR-Lipid und -Proteinwechselwirkungen, das die Lokalisierung von TOR an verschiedenen zellulären Membranen (ER, Golgi, Mitochondrien, Lysosomen, Plasmamembran) und im Kern bedingt. Die genaue Lokalisierung von TOR bestimmt, welche zellulären Prozesse jeweils beeinflusst werden. Im den vergangenen Jahren haben wir die Membranbindungseigenschaften der redoxsensitiven C-terminalen FATC Domäne strukturell charakterisiert und die Daten zum Teil schon publiziert. Die FKBP12-Rapamycin-Bindungs- (FRB) soll die Regulation von TOR über das Lipid Phosphadidat (PA) vermitteln. Diesbezüglich konnten wir zeigen, dass die FRB Domäne starke Konformationsänderungen in der Anwesenheit von Membranmimetika mit und ohne PA zeigt. Um eine mögliche Funktion als konditionaler Membrananker besser zu verstehen, soll die Struktur gebunden an Membranmimetika bestimmt werden. Darüberhinaus etablierten wir Reinigungsverfahren für einige Bindungspartner (Rheb, LST8, FKBP38) und die entsprechenden Bindungsbereiche auf TOR sowie Expressionsysteme für weitere Konstrukte von TOR für die strukturelle Charakterisierung der Kinasedomäne, von Interdomänenkontakten und der Wechselwirkungen mit weiteren bekannten Komplexpartnern und Regulatoren. Diese Arbeiten sind die Grundlage für die vorgeschlagene Fortsetzung des Projektes.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen