Protein Urmylierung in Hefe - Mechanismus und funktionelle Signifkanz

• Antragsteller: Professor Dr. Raffael Schaffrath
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie ; Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung ; Biochemie ; Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 226230535

Urm1 aus Hefe ist ein ubiquitin-ähnliches Protein mit 2 Funktionen als Modifikator bei der Proteinurmylierung und als Schwefeldonor bei der tRNA-Thiolierung. Warum genau Proteine urmyliert werden und ob dies deren Funktion verändert, ist beides ungeklärt. Befunde aus Hefe und menschlichen Zellen zeigen, dass reaktive Sauerstoffspezies (ROS) die Proteinurmylierung auslösen können. Dies ist abhängig von der Urm1-Aktivierung in Form des Thiocarboxylats (Urm1-COSH), was die Vermutung nahelegt, dass die beiden Funktionen von Urm1 (S-Transfer und Urmylierung, s.o.) mit der zellulären Antwort auf Redox-Stress gekoppelt sein können. Entsprechend zeigen Hefezellen in Antwort auf verschiedene ROS differenzielle Proteinurmylierungen (SCHA750/15). Ein solches Zielprotein, das im Kontext der Hefezelle effizient und konserviert durch Komponenten des humanen URM1-Wegs modifiziert wird (SCHA750/15), ist Ahp1, ein Peroxiredoxin mit Rolle in der ROS-Antwort. In Ahp1 befindet sich die Urmylierungsstelle (Lysin K32) direkt neben einem katalytisch relevanten Cysteinrest (C31), was darauf hindeutet, dass im Zuge der Urmylierung dieser thiol-basierte Redoxschalter im Enzym beeinflusst werden könnte. Mit der Etablierung von Protokollen und Assays (SCHA750/15), die es uns erlauben, Urmylierung zu analysieren, sollen in diesem Folgeantrag ungeklärte Aspekte zum Mechanismus und zur Relevanz der Urmylierung addressiert werden. Warum Urmylierung über Urm1-COSH verläuft und aktivierten Schwefel benötigt, ist genauso offen, wie die Frage, ob beide Urm1-Funktionen (tRNA-Thiolierung & Urmylierung, s.o) um diese S-Spezies konkurrieren. Ähnlich offen sind die Fragen, ob und wie sich die Urmylierung von Ahp1 auf dessen Rolle als anti-oxidatives Enzym in der ROS-Antwort auswirkt. Zur Beantwortung dieser Fragen schlagen wir deshalb ein SCHA750/15 Fortsetzungsantrag vor, der mit methodisch komplementären in vitro und in vivo Ansätzen das Ziel verfolgt, einen signifikanten Kenntnisgewinn zu folgenden unklaren Aspekten der Urmylierung zu liefern: - die Rolle des Schwefels (Urm1-COSH) bei der Urmylierung,- das Schicksal des Schwefels (Urm1-COSH) während oder nach der Urmylierung,- der Wettbewerb um S-Konsumption (Urm1-COSH) zwischen Urmylierung & tRNA-Thiolierung und- die Rolle der Urmylierung für Ahp1, einem thiol-basierten Redox-Schalter in der ROS-Antwort.Teile des Arbeitsprogrammes sind in Kollaboration mit anderen Forschergruppen konzipiert, um deren Expertisen (MS-basierte Analysen zur Redox-Proteomik und tRNA-Modifikation sowie Biochemie von Thiol-Thiolierungen und Thiol-basierter Redox-Schalter) zu bündeln und innovative Erkenntnisse zur biologischen Funktion ubiquitin-ähnlicher Protein-Konjugationswege zu erarbeiten. Zudem hat das Projekt biomedizinische Relevanz, da defizitärer S-Transfer und unangemessene tRNA-Thiolierung mit Krankheitssyndromen beim Menschen (Neurodegeneration, Tumorgenese) assoziiert sein können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen