Regulation SUMO-vermittelter Proteinnetzwerke durch Azetylierung von SUMO

• Antragsteller: Professor Dr. Stefan Müller
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie ; Biochemie
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 242915414

Ein zentraler Mechanismus zur Kontrolle zellulärer Signalwege ist die dynamische Veränderung von Proteinnetzwerken. Eine wichtige Rolle hierbei spielen post-translationale Modifikationen (PTM), wie Phosphorylierung, Azetylierung oder Ubiquitinierung. Die kovalente Modifikation von Proteinen mit dem Ubiquitin-verwandten SUMO Molekül reguliert zelluläre Prozesse ebenfalls durch die Modulierung von Proteinwechselwirkungen. Allgemeines Prinzip hierbei ist die Interaktion von SUMO-modifizierten Proteinen mit speziellen SUMO Bindungsmodulen, sog. SIM (SUMO Interaction Motif) Regionen. Ein typisches SIM ist charakterisiert durch eine Abfolge hydrophober Aminosäuren, die eine hydrophobe Bindungstasche im SUMO Molekül erkennen. Einige SIM-enthaltende Proteine besitzen in Nachbarschaft zu diesem hydrophoben Kern negative geladene Aminosäuren, die elektrostatische Interaktionen zu Lysinresten auf der Oberfläche von SUMO ermöglichen. SUMO/SIM-abhängige Wechselwirkungen spielen beispielsweise eine wichtige Rolle bei der Regulation von Genexpression und der Assemblierung der sogenannten PML Nuclear Bodies. Eine zentrale Frage ist, wie dieses einfache Bindungsmotiv die Spezifität und Dynamik SUMO-vermittelter Wechselwirkungen gewährleistet. Zur Klärung dieser Frage untersuchen das Zusammenwirken von PTMs bei der Regu-lation von SUMO/SIM Interaktionen. Unsere Vorarbeiten zeigen, dass die Phosphorylierung von SIM-flankierenden Serinresten die Bindungsaffinität für SUMO drastisch erhöht. Außerdem konnten wir eine Azetylierung verschiedener - an SIM Bindung beteiligter - Lysinreste von SUMO zeigen. Die dadurch hervorgerufene Neutralisierung positiver Ladungen, z.B an K37 in SUMO1 bzw. K33 in SU-MO2, verhindert die Bindung von SUMO an SIM-enthaltende Proteine, wie Mitglieder der PIAS-Familie, Daxx und PML. Dadurch wird die Assemblierung von PML Nuclear Bodies beeinflusst und insbesondere die Rekrutierung des transkriptionellen Korepressors Daxx in diese Strukturen verhin-dert. Des Weiteren konnten wir zeigen, dass K33 acetyliertes SUMO2 an die Bromodomäne (BRD) des transkriptionellen Koaktivators p300 bindet. Diese Daten belegen damit, dass die Acetylierung von SUMO eine Erweiterung des regulatorischen Repertoires SUMO-kontrollierter Prozesse darstellt. Hauptziel des Projekts ist es aufzuklären, welchen Einfluss die Azetylierung von SUMO auf die Plas-tizität SUMO-kontrollierter Proteinnetzwerke und Signalwege hat. Ein Schwerpunkt hierbei ist es zu verstehen, wie die Azetylierung Genexpression reguliert. Im Einzelnen verfolgen wir folgende Ziele:1. Aufklärung eines spezifischen SUMO-Azetylierungscodes, über den die Spezifität von SU-MO/SIM und SUMO/BRD Wechselwirkungen bestimmt wird.2. Identifizierung spezifischer Zielproteine des Acetyl-SUMO Signalwegs und Einfluss der acetyl-SUMO Konjugation auf deren Funktion.3. Identifizierung der regulatorischen Komponenten und physiologischen Stimuli, welche Azety-lierung von SUMO kontrollieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen