Struktur-Funktions-Analysen der mCRY-mPER2 und mCRY-mBMAL1 Komplexe

• Antragstellerin: Professorin Dr. Eva Wolf
• Fachliche Zuordnung: Strukturbiologie ; Biochemie
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 246768937

Die meisten Lebewesen weisen tagesperiodische (~ 24 h) Schwankungen, sogenannte zirkadiane Rhythmen, in ihrer Physiologie, ihrem Metabolismus und ihrem Verhalten auf, welche durch zirkadiane Uhren erzeugt werden. Störungen des zirkadianen Rhythmus durch Mutationen, Jetlag oder Schichtarbeit können unsere Gesundheit erheblich beeinträchtigen, was z.B. durch das erhöhte Auftreten von Krebskrankheiten und dem metabolischen Syndrom bei Schichtarbeitern zum Ausdruck kommt. Die ~24 h Periode wird durch eine genregulatorische negative Rückkopplungsschleife erzeugt, in der die Synthese, posttranslationale Modifikationen, Interaktionen und der Abbau von Uhrenproteinen zeitlich und räumlich reguliert sind. Wir beabsichtigen, die für die Säugetier-Uhr essentiellen Cryptochrom1/2-mPERIOD2 (mCRY-mPER2)- und Cryptochrom1/2-mBMAL1 (mCRY-mBMAL1) Komplexe auf verschiedenen Ebenen, von der 3D-Kristallstruktur bis hin zu zirkadianen Phänotypen in vivo zu untersuchen. Dabei soll eine Kombination von Röntgenkristallographie, Protein-Interaktionsstudien (z.B. analytische Gelfiltration, Isothermische Titrationskalorimetrie, Fluoreszenz-Polarisation, Pull-downs, Native Polyacrylamid Gele) sowie funktionellen und phänotypischen Analysen in lebenden Zellen (z.B. Luziferase-Komplementierung, Fluoreszenz-2-Hybrid, Co-Immunopräzipitation, FRET, FRAP, Kotransaktivierung, zelluläre Lokalisation, intrazelluläre Stabilität und zirkadiane Oszillationen) verwendet werden. Die geplanten Untersuchungen werden wichtige mechanistische Einblicke in die Regulation der Stabilität und zellulären Lokalisation der mCRY und mPER2 Uhrenproteine sowie in die mCRY-abhängige Repression des mBMAL1/CLOCK-Transkriptionsfaktorkomplexes liefern. Diese molekularen Prozesse sind essentiell für die Aufrechterhaltung der 24 h Periode der zirkadianen Uhr sowie der zahlreichen durch die innere Uhr gesteuerten Vorgänge in Physiologie und Verhalten des Menschen. Darüber hinaus werden unsere Kristallstrukturen die Entwicklung von Kleinmolekül-Liganden und neuartigen therapeutischen metabolischen Regulatoren vorantreiben, welche die Aktivitäten der Cryptochrome modulieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen