Untersuchung der Krümmungspräferenz als zentrales Element für die zeitliche und räumliche Organisation von Proteinen an sich verformenden Zellmembranen

• Antragsteller: Professor Dr. Milos Galic
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 319378268

Signalübertragung an zellulären Membranen beruht auf dynamischen molekularen Plattformen, welche intra- und extrazelluläre Signale integrieren. Um korrekt auf eine sich ständig verändernde Umwelt zu reagieren, muss die Aktivität dieser Signalplattformen präzise in Raum und Zeit gesteuert werden. Arbeit in unserem Labor fokussiert sich auf eine spezielle Unterart solcher Signalplattformen, welche physikalische Kräfte, die auf die Plasmamembran einwirken, direkt in klassische biochemische Signalkaskaden übersetzt. Diese Form der mechano-chemischen Signalübertragung beruht auf der dynamischen und transienten Rekrutierung von krümmungsempfindlichen Signalmolekülen zu nanoskaligen Membranverformungen. In diesem Projekt wollen wir untersuchen, ob Differenzen in der Krümmungsselektivität von krümmungsempfindlichen Signalproteinen zur Bildung von funktionell unterschiedlichen Signalplattformen führen kann. Genauer gesagt, wollen wir beantworten: (I) Ob Differenzen in der Krümmungsselektivität die zeitliche Reihenfolge beeinflusst, in der sich unterschiedliche krümmungsempfindliche Proteine an einer sich verformenden Membran anreichern. (II) Ob Differenzen in der Krümmungsselektivität die räumliche Ordnung beeinflusst in der sich unterschiedliche krümmungsempfindliche Proteine innerhalb von Proteinaggregaten an einer verformten Membran organisieren. Um die räumliche und zeitliche Dynamik von krümmungsempfindlichen Proteinen zu untersuchen, verwenden wir neuartige Nanomaterialien und fortschrittliche Bildanalyseverfahren in lebenden Zellen und Modellmembranen. Die Bedeutung dieser krümmungsabhängigen Proteindynamik für Signalplattformen wird anschließend in Lamellipodien und Filopodien untersucht. Das vorgeschlagene Projekt wird den Nachweis erbringen, dass Unterschiede in der Krümmungsselektivität ausreichen um krümmungsempfindliche Signalproteine räumlich und zeitlich zu organisieren. Auf lange Sicht, werden Erkenntnisse aus diesen Studien uns helfen die Rolle der Membrankrümmung in zellulären Prozessen (z.B. Zellmigration, bakterielle Pathogenese, Endozytose und Membranfusion) und Krankheiten (z.B. kognitive Beeinträchtigung durch krümmungsempfindliche Proteine wie srGAP3 und Oligophrenin) besser zu verstehen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen