Molekulare Mechanismen der Membranprotein Qualitätskontrolle

• Antragsteller: Professor Dr. Matthias Feige
• Fachliche Zuordnung: Biochemie ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 283389967

Nahezu ein Drittel aller humanen Proteine sind integrale Membranproteine. Diese Proteine sind in der Lage die Plasmamembran sowie die Membranen der unterschiedlichen intrazellulären Organellen zu durchspannen und ermöglichen Zellen damit mit ihrer Umwelt zu interagieren und ihre Homöostase aufrechtzuerhalten. Die Biosynthese eines Großteils aller Membranproteine findet am Endoplasmatischen Retikulum (ER) statt, wo Membranproteine über das Sec61 Translokon cotranslational in die ER Membran integriert werden. Unerwarteterweise sind dabei Aminosäuren mit polaren Seitenketten sehr häufig in Transmembran(TM)-Sequenzen zu finden. Diese sind funktionell und strukturell wichtig, können jedoch die Integrationseffizienz in die hydrophobe Membran negativ beeinflussen. Es ist bislang vollkommen unklar, wie die Zelle die korrekte Integration von Membranproteinen überprüfen kann. Von besonderer Relevanz ist dies, da eine Vielzahl menschlicher Erkrankungen ursächlich auf Mutationen in TM-Sequenzen zurückgeführt werden können, welche deren Hydrophobizität verringern und zur Zurückhaltung des Proteins im ER führen.Um Prinzipien der molekularen Qualitätskontrolle von Membranproteinen besser verstehen zu lernen haben wir deshalb innerhalb der ersten Förderperiode Connexin 32 (Cx32) als Modellprotein etabliert. Mutationen in Cx32 liegen dem Morbus Charcot-Marie-Tooth zu Grunde, einer der häufigsten erblichen neurologischen Erkrankungen. Wir konnten zeigen, dass Mutationen in Cx32 dessen Integration in die Membran sowie den korrekten intrazellulären Transport verhindern können. Weiterhin konnten wir ein Netzwerk von Chaperonen und Qualitätskontrollfaktoren identifizieren, welches die Biogenese von Cx32 unterstützt und kontrolliert. Basierend auf diesen Entdeckungen werden wir innerhalb der zweiten Förderperiode die Qualitätskontrolle von Cx32 mechanistisch weiterführend analysieren. Insbesondere werden wir uns dabei auf ERdj Proteine ebenso wie auf Ubiquitin E3 Ligasen fokussieren. In einem zweiten Teilprojekt werden wir ein von uns innerhalb der ersten Förderperiode neu entdecktes Prinzip untersuchen, welches zeigt, dass Mutanten von Cx32 spezifisch proteoloytisch im ER gespalten werden können. Dies deutet auf einen neuen Mechanismus der Qualitätskontrolle von Membranproteinen im ER hin.Zusammengenommen wird dieses Projekt, basierend auf einem Modellprotein von direkter medizinischer Relevanz, umfangreiche neue Einsichten in die Maschinerie und die Mechanismen der zellulären Qualitätskontrolle von Membranproteinen liefern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen