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Projekt
Funktionelle Charakterisierung der monomeren Glutathionperoxidase 8 (Gpx8) als ER-Redoxsenor beim Säugetier
Antragsteller
Professor Dr. Marcus Conrad
Fachliche Zuordnung
Biochemie
Förderung
Förderung von 2014 bis 2021
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 251897775
Thiol/Disulfid-vermittelte Enzymreaktionen sind nicht nur ein essenzieller Bestandteil einer korrekten Proteinfaltung im endoplasmatischen Retikulum (ER), sondern sind auch wesentlich an anderen ER relevanten Prozessen, wie z.B. dem ER-Stress beteiligt. Die ER-Stressantwort ist ein zentrales zelluläres Ereignis, das die "Unfolded Protein Response" und den damit verbundenen Zelltod auslöst. Unter den ER-eigenen, thiolabhängigen Systemen wird angenommen, dass Peroxiredoxin-4 und zwei monomere Mitglieder der Glutathionperoxidase (Gpx)-Familie, i.e. Gpx7 und Gpx8, im Wesentlichen zur Erkennung von ER-Stress über Thiol/Disulfid-Reaktionen beitragen. Es konnte beispielsweise gezeigt werden, dass die Gpx7 die Chaperonaktivität von GRP78 / BiP (HSPA5, Hitzeschockproteinfamilie A) durch spezifische Thiol/Disulfid-Bildungen erhöht. Dementsprechend weisen Gpx7 Knockout-Mäuse und -Zellen vermehrt fehlgefaltete Proteine und einen erhöhten ER- und oxidativen Stress auf. Da die Gpx7 jedoch nur eine sehr geringe und begrenzte Expression in einigen wenigen Geweben zeigt, kann davon ausgegangen werden, dass die Gpx7 keine ubiquitäre Funktion bei der Erkennung der korrekten Proteinfaltung übernimmt. Im Gegenteil dazu konnten wir zeigen, dass die mit Gpx7 verwandte Gpx8 in den meisten Geweben und Zellen exprimiert wird, mit der höchsten Expression in Niere, Herz, Hoden, Nebenniere und in den Inselzellen der Bauchspeicheldrüse. Darüber hinaus gelang es uns zu zeigen, dass die Gpx8 als Antwort auf ER-Stress und oxidativen Stress sehr dynamisch reguliert wird, was weitere Untersuchungen zu den zugrunde liegenden molekularen Mechanismen erfordert. Des Weiteren konnten wir feststellen, dass die Überexpression von Gpx8 Zellen eine hohe Resistenz gegenüber dem Fettsäure-induzierten Zelltod vermittelt, was eine mögliche enge Beziehung zwischen dem Fettsäure-Stoffwechsel, Gpx8 und ER-Stress suggeriert. Zum besseren Verständnis des bislang nur unzulänglich untersuchten Mitglieds des Thiol-abhängigen Redox-Netzwerks im ER schlagen wir in diesem Projekt drei Arbeitspakete vor: 1.) Identifizierung und funktionelle Charakterisierung neuer Thiol/Disulfid-abhängiger Redox-Partner der Gpx8; 2.) zelluläre Untersuchungen zu den molekularen Mechanismen und Konsequenzen des Funktionsverlusts der Gpx8 infolge von ER-Stress und dem dadurch bedingten Zelltod, sowie Analysen zu den Auswirkungen der dynamischen Regulierung von Gpx8 in Antwort auf ER-Stress; und 3.) in vivo Proof-of-Concept Studien zur Validierung einiger der in den Arbeitspaketen 1 und 2 erzielten Schlüsselerkenntnisse in neu etablierten Maus-Modellen für die Gpx8 entweder unter physiologischen Bedingungen oder in einem Stress-Modell des induzierten metabolischen Syndroms und Typ 2 Diabetes mellitus. Diese Studien haben somit zum Ziel neuartige Mechanismen im Thiol/Disulfid-vermittelten ER-Stress-Sensing aufzuklären, was letztlich zu neuen Konzepten in ER-Stress-relevanten, pathologischen Zuständen führen wird.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
