Mechanistische Untersuchung der Substraterkennung durch die gamma-Sekretase

• Antragsteller: Professor Dr. Stefan Lichtenthaler
• Fachliche Zuordnung: Biochemie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 263531414

Dieses Projekt testet die Hypothese, dass es eine neue Gruppe unkonventioneller Substrate für die Intramembranprotease gamma-Sekretase gibt. Die neuen Substrate werden dann für mechanistische Analysen eingesetzt, um herauszufinden, welche molekularen Charakteristika ein Membranprotein aufweisen muss, damit es von der gamma-Sekretase geschnitten werden kann. Die Aufklärung dieser bisher wenig bekannten Charakteristika ist ein zentrales Anliegen der Forschergruppe und dient dazu, die Gemeinsamkeiten, aber auch die Unterschiede zwischen den verschiedenen Intramembranprotease-Familien aufzudecken. Wir haben eine neue Funktion der gamma-Sekretase entdeckt, die sie mit den Rhomboid-Proteasen teilt, u.z. die direkte Spaltung eines intakten Membranproteins, ohne dass dazu vorher die Ektodomäne abgespalten wurde. Wir haben das "B cell maturation antigen" (BCMA) als neues gamma-Sekretase Substrat identifiziert. gamma-Sekretase Spaltung führt zur Sekretion der BCMA Ektodomäne und einer Modulation der BCMA Funktion. Im Gegensatz zu bekannten gamma-Substraten hat BCMA zwar eine sehr kurze Ektodomäne, aber unsere Untersuchungen zeigen, dass es neben der Länge der Ektodomäne weitere Determinanten, wie z.B. Sequenzmotive, in der BCMA-Sequenz geben muss, die die direkte Spaltung von BCMA durch die gamma-Sekretase ermöglichen. Bioinformatisch haben wir 100 weitere Membranproteine mit einer ebenfalls kurzen Ektodomäne gefunden, die mögliche weitere kurze gamma-Sekretase Substrate sein können. Falls sie nicht von der gamma-Sekretase gespalten werden, bezeichnen wir sie als Nicht-Substrate. Die Identifizierung beider Gruppen von Proteinen (Substrate und Nicht-Substrate) ist essentiell, um zu bestimmen, welche Charakteristika ein gamma-Sekretase-Substrat aufweisen muss. Das Projekt besteht aus drei Teilen: 1. Im ersten Teil verwenden wir eine proteomische Methode und einen Kandidatenansatz, um systematisch die kurzen Substrate und Nicht-Substrate zu identifizieren. 2. Im zweiten Teil validieren wir ausgewählte Substrate und Nicht-Substrate mit zellulären und in vitro gamma-Sekretase Assays. 3. Im dritten Teil führen wir eine Domänen-Austausch-Analyse durch und bestimmen die molekularen Charakteristika von gamma-Sekretase Substraten. Darüberhinaus führt das Projekt zu einem umfassenden Verständnis neuer physiologischer Funktionen der gamma-Sekretase, was für die Medikamenten-Entwicklung bei bestimmten Tumoren und bei Neurodegeneration wichtig ist. Das Projekt verwendet state-of-the-art Technologien und wird in enger Zusammenarbeit mit anderen Partnern in der Forschergruppe durchgeführt.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 2290: Intramembrane Proteolyse Verstehen