Funktion und Regulation des Cdc48-20S Proteasomes

• Antragsteller: Dr. Dominik Barthelme
• Fachliche Zuordnung: Biochemie
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2014
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 234232818

Proteasome sind die wichtigsten ATP-abhängigen Proteasen in der eukaryotischen und archaealen Domäne des Lebens. Sie bauen beschädigte oder falsch gefaltete Proteine im Zuge der Proteinqualitätskontrolle ab und regulieren damit eine Vielzahl biologischer Prozesse. Das eukaryotische Proteasom besteht aus der 20S Peptidase, die einen Komplex mit dem 19S regulatorischen Partikel bildet. Das archaeale Proteasom wird hingegen durch die 20S Peptidase und die AAA+ ATPase PAN geformt.In Vorarbeiten konnte ich den Cdc48-20S Komplex als ein neuartiges Proteasom in dem Archaeon Thermoplasma acidophilum identifizieren. Cdc48 (auch als p97/VCP/VAT bezeichnet) ist eine hoch konservierte, essentielle AAA+ ATPase, die in allen Archaeen und Eukaryoten vorkommt. Dem eukaryotischen Cdc48 wird eine entscheidende Rolle in diversen biologischen Prozessen wie der Membranfusion, der Zellzyklusregulation oder der Qualitätskontrolle des Endoplasmatischen Retikulums zugeschrieben. Die physiologische Funktion des archaealen Cdc48 war hingegen bis zur Identifizierung des Cdc48-20S Proteasoms nicht charakterisiert. Homologieanalysen zeigen, dass die strukturellen Motive, welche die Interaktion zwischen dem archaealem Cdc48 und der 20S Peptidase vermitteln, in eukaryotischen Cdc48 Proteinen hoch konserviert sind. Es ist daher möglich, dass das Cdc48-20S Proteasom auch in höheren Organismen vorkommt.Der molekulare Wirkmechanismus sowie die zelluläre Regulation dieses neuartigen Cdc48-20S Proteasoms sind noch unbekannt. Mittels hochauflösender Cryo-Elektronenmikroskopie werde ich die Interaktion beider Enzyme untersuchen. Der Einfluss von Adaptormolekülen und posttranslationalen Modifikationen auf die Konformation des Cdc48 Proteins und die allosterische Regulation seiner enzymatischen Funktion werden mithilfe biochemischer und biophysikalischer Techniken analysiert. Meine Forschungstätigkeit wird wesentliche biochemische Fragen, beispielsweise nach dem Mechanismus mit dem Proteinsubstrate durch das Cdc48-20S Proteasom erkannt, entfaltet und abgebaut werden, beantworten. Zudem werden die hier erworbenen Erkenntnisse zur Entschlüsselung der evolutionären Ursprünge von Proteasomen und deren molekularer Funktion beitragen. Darüberhinaus werde ich die Frage beantworten, ob das Cdc48-20S Proteasom tatsächlich in eukaryotischen Organismen existiert. Somit werden meine Forschungsarbeiten auch zur Klärung der Funktion des eukaryotischen Cdc48 bei der Ubiquitin-abhängigen Proteolyse, der Zellzyklusregulation und bei zellulären Erkrankungen beitragen.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Dr. Robert Thomas Sauer