Spezifität und neue Substrate von humanen Protein Glutamin Methyltransferasen

• Antragsteller: Professor Dr. Albert Jeltsch
• Fachliche Zuordnung: Biochemie
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 263727319

Die Modifikation von Proteinen spielt eine zentrale Rolle in der Biologie. Während manche Modifikationen weit verbreitet sind und sehr detailliert untersucht werden (wie z.B. die Phosphorylierung von Serin, Threonin oder Tyrosin, die Acetylierung von Lysin oder die Methylierung von Lysin oder Arginin), ist die Methylierung von Glutamin eine seltene Modifikation, die nicht sehr intensiv studiert wird. Zur Zeit sind nur drei humane Proteine bekannt, die eine Glutamin Methylierung tragen, die von drei bekannten humanen Glutamin Methyltransferasen eingebaut wird, dem zytosolischen HemK2, dem mitochondrialen HMPrmC und von Fibrillarin. Eine Deletion von HemK2 ist in Mäusen letal, was die zentrale physiologische Funktion dieses Enzyms unterstreicht. Ziel dieses Projekts ist es weitere Substrate von HemK2 zu identifizieren, welche den letalen Phänotyp von HemK2 erklären können. Ein Ansatz hierzu ist die Substratspezifität von HemK2 zu untersuchen, daraus neue Substratproteine vorherzusagen und deren Methylierung anschließend in vitro und in vivo zu untersuchen. Ähnliche Studien wurden in unserem Labor bereits mit großem Erfolg an Protein Lysin Methyltransferasen durchgeführt. Erste Ergebnisse zeigen die Methylierung von vielen neuen Peptidsubstraten durch HemK2 und in mehreren Fällen konnte die Methylierung auf Proteinebene bestätigt werden. Außerdem werden wir eine proteomweite Analyse durchführen, um das Substratspektrum von HemK2 zu untersuchen. Hierzu werden Proteinextrakte aus bereits vorliegenden HemK2 knock-down Zellen isoliert, in vitro mit aufgereinigtem HemK2 methyliert und die methylierten Proteine anschließend identifiziert. Um die Glutamin Methylierung der neuen Substrate in Zellen nachzuweisen und deren biologische Funktion zu untersuchen, planen wir Antikörper zu generieren, welche modifikationsspezifisch an Glutamin methylierte Proteine binden, was im Falle von CHD5 bereits erfolgreich gelungen ist. Diese Reagenzien werden uns erlauben, Unterschiede der Glutamin Methylierung von Proteinen in verschiedenen Zelltypen zu untersuchen, und Veränderungen im Ausmaß der Glutamin Methylierung im Zuge des Zellzyklus oder einer zellulären Differenzierung zu detektieren. Darüber hinaus haben wir Kooperationen mit Gruppen gebildet, die seit vielen Jahren and den vielversprechendsten unserer Zielproteine arbeiten und wir werden spezifische Experimente durchführen, um zu untersuchen, ob die Glutamin-Methylierung die biologische Funktion dieser Proteine beeinflusst. Schließlich wollen das menschliche Fibrillarin Protein klonen, exprimieren und untersuchen, von dem vor kurzem gezeigt wurde, dass es einen Glutamin-Rest in Histone H2A methyliert. Unsere Ergebnisse werden helfen, den Mechanismus der Substraterkennung dieser wichtigen Gruppe von Enzymen besser zu verstehen und die Identifikation von neuen Glutamin Methyltransferase Substratproteinen wird unser Verständnis dieser seltenen und wenig untersuchten Proteinmodifikation wesentlich befördern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen