20S Proteasom-Isotypen in Säugetieren: Von der Struktur und Funktion zur selektiven Hemmung

• Antragsteller: Professor Dr. Michael Groll
• Fachliche Zuordnung: Strukturbiologie
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 256398100

Das 20S Proteasom (core particle, CP) ist die Kernkomponente des nicht-lysosomalen Proteinabbauweges, steuert eine Vielzahl wichtiger intrazellulärer Prozesse und ist ein validiertes Angriffsziel für Medikamente. Während einfache Eukaryonten nur eine Art von CP besitzen, führten die Evolution der Säugetiere und ihre zunehmende Komplexität zu einer Diversifizierung und Differenzierung in vier Isotypen. Der Großteil des Polypeptidabbaus erfolgt in allen Zellen durch das konstitutive Proteasom (cCP) und ist für die Aufrechterhaltung der Proteinhomöostase und damit das Überleben notwendig. Dagegen sind das Immunoproteasom (iCP) und das Thymusproteasom (tCP) daran beteiligt ein funktionsfähiges adaptives Immunsystem auszubilden, während die Rolle des Spermatoproteasoms (sCP) bislang unverstanden ist. Obwohl die Gesamtarchitektur der CP-Isotypen identisch ist, variiert die Zusammensetzung ihrer Untereinheiten. Hemmstoffe, die unspezifisch das Proteasom inaktivieren, haben sich zu Blockbuster-Medikamenten für die Behandlung von Blutkrebsarten entwickelt. Jedoch wird gegenwärtig auch die medizinische Anwendung von iCP-selektiven Verbindungen beispielsweise bei chronischen Entzündungs- oder Autoimmunerkrankungen in klinischer Phase getestet. In der laufenden Förderperiode von wurden umfangreiche strukturbasierte Inhibitor- und Mutagenesestudien an cCP und iCP durchgeführt, deren Ergebnisse wir in 11 Publikationen veröffentlicht haben. Bis jetzt jedoch sind das tCP und das sCP kaum untersucht, so dass die Bestimmung der jeweiligen Strukturen ein gründlicheres Verständnis der Untereinheiten β5t bzw. α4s ermöglichen würde. Das Ziel unseres vorgeschlagenen Folgeprojektes ist daher die strukturelle und biochemische Charakterisierung des tCPs. Zudem sollen anhand der Analyse des Spaltmusters von tCP im Vergleich zu cCP und iCP spezifische Liganden für das Thymusproteasom entwickelt werden. Diese Verbindungen könnten helfen die biologische Funktion des tCPs besser zu verstehen und eine mögliche medizinische Relevanz seiner selektiven Hemmung zu identifizieren. Ähnlich zu unseren iCP-Arbeiten sollen durch Hefemutagenese Elemente von ß05t analysiert werden, die entscheidenden Einfluss auf Zusammenbau und die Funktion des tCPs nehmen. Ebenso sind umfangreiche Experimente am sCP geplant. Hier ist das Ziel die Expression, Reinigung und Kristallisation des menschlichen sCPs oder eines chimären Proteasoms, d.h. eines Hefe-CPs, das die menschliche sCP-spezifische Alpha 4s-Einheit enthält. Das angestrebte interdisziplinäre Konzept dieses Forschungsantrages wird sicherlich die Proteasom-Grundlagenforschung bereichern und möglicherweise auch zukünftige Richtungen in der Medikamentenentwicklung aufzeigen. Die exzellente Infrastruktur und die langjährige Expertise meines Lehrstuhls lassen auch für eine zweite Förderperiode.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen