Analyse der Funktion und Dynamik des humanen VCP/p97-Kofaktor Netzwerkes
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Zellen besitzen komplexe Systeme, um nach besonderen Belastungen und Stressen, wie zum Beispiel Giftstoffexposition, geschädigtes Material zu entsorgen und so die Funktion von Zellen und Geweben aufrecht zu erhalten. Ein wichtiger Bestandteil dieser Systeme ist das Protein p97, das mit einem Netzwerk von Partnern und Kofaktoren zusammenarbeitet. P97 sorgt dafür, dass geschädigte Proteine oder ganze Organellen zügig durch das Proteasom oder durch Autophagie abgebaut werden könnten. Ziel dieses Projektes war es, die Zusammenarbeit von p97 mit spezifischen Partnern in unterschiedlichen Prozessen besser zu verstehen. In Zusammenarbeit mit der ETH Zürich wurde deshalb ein hochentwickeltes massenspektrometrisches Analyseverfahren (SWATH-MS) angewendet, um p97-Partner mit einer speziellen Bindungsfalle zu isolieren und zu identifizieren. Diese Methode erlaubte den Nachweis von Bindungspartnern von p97 über einen sehr großen dynamischen Bereich. So konnte festgestellt werden, dass Bindungspartner von p97 mit unterschiedlicher Funktion sehr differenziell mit p97 wechselwirken. Vor allem aber konnten Substrate von p97 identifiziert werden. Wir haben uns für weitere Untersuchungen auf den Kandidaten PPP1R15B konzentriert, weil er eine interessante regulatorische Komponente der integrierten Stressantwort darstellt. Als solche wirkt PPP1R15B einer zelluläre Stressanpassung entgegen, indem es zusammen mit Proteinphosphatase-1 einen Schlüsselaktivator der Proteinbiosynthese, eIF2a, dephosphoryliert. Wir konnten zeigen, dass p97 mit seinem heterodimeren Kofaktor Ufd1-Npl4 hilft, PPP1R15B zügig im Proteasom abzubauen, damit sich die Zelle durch Reduzierung der Proteinbiosynthese an Stressbedingungen anpassen kann. Weiterhin konnten die in diesem Projekt entwickelten Analyseverfahren in Zusammenarbeit mit Partnern in den USA und in München dabei helfen, Erkenntnisse zur Funktion von p97 mit seinen Kofaktoren PLAA and UBXD1 in der Antwort auf Schäden von Lysosomen zu gewinnen. So konnte mit UBE2QL1 ein weiterer wichtiger Partner identifiziert werden, der p97 zu geschädigten Lysosomen heranzieht, so dass p97 deren Entsorgung durch selektive Autophagie vorantreiben kann. Weiterhin konnten wir beitragen zu bestätigen, dass p97 für die Aufrechterhaltung von Lysosomen nicht nur in Zellkulturzellen, sondern auch in differenziertem Muskelgewebe des Organismus eine zentrale Rolle spielt. Zusammenfassend konnten die Ergebnisse dieses Projektes zeigen, dass p97 mit seinem Netzwerk von Kofaktoren in zellulären Stressantworten nicht nur hilft, fehlgefaltete Proteine zu entsorgen, sondern auch direkt in die übergeordnete Signalwege eingreift und diese steuert, um die Funktionen der Proteine und Organellen in Zellen und im Organismus aufrecht zu erhalten. Die Erkenntnisse können helfen, die Degeneration von Muskel und Nervengewebe besser zu verstehen und Wege zu entwickeln, therapeutisch einzugreifen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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AP-SWATH reveals direct involvement of VCP/ p97 in integrated stress response signaling through facilitating CReP/PPP1R15B degradation. Molecular and Cellular Proteomics, 2018, 17:1295-1307
Hülsmann J, Kravic B, Weith M, Gstaiger M, Aebersold R, Collins BC, Meyer H
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The ubiquitinconjugating enzyme UBE2QL1 coordinates lysophagy in response to endolysosomal damage. EMBO Rep., 2019, 20:e48014
Koerver L, Papadopoulos C, Liu B, Kravic B, Rota G, Brecht L, Veenendaal T, Polajnar M, Bluemke A, Ehrmann M, Klumperman J, Jäättelä M, Behrends C, Meyer H
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VCP maintains lysosomal homeostasis and TFEB activity in differentiated skeletal muscle. Autophagy, 2019, 15, pp. 1082 – 1099
Arhzaouy K, Papadopoulos C, Schulze N, Pittman SK, Meyer H, Weihl CC
