Detailseite
Projekt
Thiol-Switch Kontrolle bei Zelleintritt und intrazellulärem Transport von A/B-Toxinen
Antragsteller
Professor Dr. Manfred Josef Schmitt
Fachliche Zuordnung
Biochemie
Förderung
Förderung von 2014 bis 2018
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 251838884
Das mechanistische Verständnis zellulärer Redoxkontrolle zur Bildung und Lösung von Disufidbrücken (SS) in Proteinen ist von zentraler Bedeutung, da SS-haltige Proteine neben dem ER und Mitochondrien in nahezu allen Organellen vorkommen. Gleichzeitig kann es zur Reparatur geschädigter Proteine oder der intrazellulären Signalweiterleitung notwendig sein, in den gleichen Kompartimenten gezielte Spaltungen von SS-Brücken zu ermöglichen; hierzu müssen Kontrollsysteme existieren, v.a. in Kompartimenten mit niedrigem pH. Die hierbei zugrunde liegenden Mechanismen sind jedoch noch weitgehend unbekannt, ebenso die beteiligten Elektronen-Donatoren/Akzeptoren und molekularen Schalter des Thiol-Switching. Unsere Studien am A/B-Toxin K28 identifizierten die reduktive Spaltung der intermolekularen SS-Brücke im Toxindimer als kritischen Schritt, der ausschließlich im Cytosol der Zielzelle erfolgen darf und während des retrograden Toxintransports verhindert werden muss. Alle Daten deuten auf die Existenz eines zellulären Kontrollsystems, ibs in Kompartimenten mit niedrigem pH wie Endosom und Golgi, welches den Redoxstatus von Proteinen wahrnehmen und durch inter-/intramolekulares Thiol-Switching gezielt verändern kann. Auch die Toxinretrotranslokation aus dem ER beinhaltet redoxabhängige Chaperon-Aktivitäten von PDI und Hsp40 Cochaperonen, um das A/B-Toxin in eine translokationskompetente Konformation zu bringen, ohne die SS-Brücke zu spalten und dennoch einen ER-Export zu ermöglichen.Der Mechanismus der Toxinimmunität erfordert ebenfalls ein Kontrollsystem, welches im frühen Endosom und während des retrograden Toxintransports durch den Sekretionsweg ein Thiol-Switching und -Rearrangement am A/B-Toxin reguliert. Im aktuellen Projekt möchten wir K28 als Modell nutzen, um die Regulation von SS-Brückenbildung innerhalb des endozytotischen und sekretorischen Wegs zu analysieren und die Prinzipien zellulärer Protein-Thiol-Kontrolle zu verstehen. Durch Analyse der Toxinimmunität sollen in einem genetischen Screen Faktoren identifiziert werden, die in vivo an SS-haltigen Proteinen ein räumlich-zeitlich kontrolliertes Thiol-Switching ermöglichen, ibs in Kompartimenten mit unterschiedlichem pH. Da das A-Toxin in vitro bei pH >6,0 spontan vom Dimer freigesetzt wird, möchten wir herausfinden, wie dies in Kompartimenten mit niedrigem pH verhindert wird. In vitro bei neutralem pH bildet K28 zudem SS-verknüpfte Oligomere, die einen irreversiblen Verlust der Toxizität bewirken; hier möchten wir verstehen, wie dies im natürlichen Abtötungsprozess verhindert wird, da ibs im ER (pH 7,2) die Tendenz von K28 zur Bildung inaktiver Oligomere noch stärker ausgeprägt sein sollte; gleichzeitig muss im ER ein Freisetzen des letalen A-Toxins verhindert werden. Die Analyse dieser Mechanismen wird dazu beitragen, die Wirkung von A/B-Toxinen zu verstehen und durch Nutzung von K28 als Tool, neue zelluläre Faktoren des Thiol-Switching und der Protein-Redoxkontrolle zu identifizieren.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
