Koordination der Translation mit der Assemblierung von Proteinkomplexen

• Antragsteller: Dr. Günter Kramer
• Fachliche Zuordnung: Biochemie
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 207100805

Ein grosser Prozentsatz des Proteoms lebender Zellen erhält seine Funktionalität erst durch eine Beteiligung an oligomeren Proteinkomplexen. Allerdings ist über den Prozess der Proteinassemblierung nur wenig bekannt. In der vergangenen Förderperiode konnten wir zeigen, dass die Assemblierung bei fünf von sechs untersuchten bakteriellen Proteinkomplexen in E. coli Zellen co-translational beginnt. Die Interaktion von Untereinheiten mit naszierenden Ketten der Partner-Untereinheiten beginnt, wenn deren Kontaktbereiche an der Oberfläche der translatierenden Ribosomen exponiert werden. In proof-of-principle Experimenten haben wir darüber hinaus die Bedeutung der Operonstruktur für die Assemblierung der bakteriellen heterodimeren Luciferase in vivo untersucht. Wir konnten zeigen, dass die lokalisierte Translation der bi-cistronischen luxA-luxB mRNA eine lokalisierte Assemblierung der Luciferase ermöglicht, die effizienter als die Assemblierung von getrennt kodierten und translatierten Untereinheiten ist. Insgesamt weisen diese Ergebnisse auf einen weit verbreiteten Mechanismus hin, der die Assemblierung und Funktionalität von Proteinkomplexen direkt mit der genetisch kodierten und (physikalisch) positionierten Information verbindet. Diese konzeptionell wichtigen Befunde eröffnen ein regulatorisches Potential, das wir in der kommenden Förderperiode untersuchen wollen.Unter Verwendung geeigneter Proteinkomplexe werden wir uns auf mechanistische Aspekte der Proteinassemblierung und ihrer Verbindung mit den aktiv translatierenden Ribosomen in E. coli konzentrieren. Zum einen werden wir die Interaktionen naszierender Polypeptide per se untersuchen. Unter Verwendung von ribosome profiling sowie biochemischer und genetischer Methoden sollen strukturelle und kinetische Eigenschaften der naszierenden Ketten mit Partneruntereinheiten (in Zusammenarbeit mit N. Budisa and M. Rodnina), sowie quantitative Daten für eine mathematische Beschreibung der Proteinassemblierung durch unseren Kooperationspartner R. Lipowsky bestimmt werden (Spezifische Ziele I bis III). Zum anderen werden wir untersuchen, wie die Genorganisation in Operons und die Geschwindigkeit der Translation die co-translationale Proteinassemblierung beeinflusst (Spezifische Ziele IV und V). Insgesamt soll mit diesen Untersuchungen das Zusammenspiel zwischen physikalischer und genetischer Information, die in der Translation dekodiert wird, und der Assemblierung von 3-dimensionalen Proteinkomplexen und ihren zellulären Funktionen aufgeklärt werden.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 1805: Einfluss der Ribosomendynamik auf Regulation der Geschwindigkeit und Genauigkeit der Translation
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Bernd Bukau