Unkonventionelle Ubiquitin E2 Enzyme und ihre Aktivierung durch E3 Ligasen

• Antragsteller: Dr. Tobias Ritterhoff
• Fachliche Zuordnung: Biochemie ; Strukturbiologie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 329595285

Posttranslationale Modifikation von Proteinen mit Ubiquitin ist ein essentieller und extrem konservierter Prozess in eukaryotischen Zellen, welcher viele physiologische und pathophysiologische Signalwege reguliert. In diesem Prozess spielen Ubiquitin E3 Ligasen, von denen die RING-Type E3 Ligasen die große Mehrheit darstellen, eine wichtige Rolle, indem sie Ubiquitin E2 konjugierende Enzyme regulieren. Letztere gehen während der Modifikationsreaktion eine Thioesterbindung mit Ubiquitin ein und können es dann auf einen Lysin-Rest in einem Zielportein übertragen. Da RING E3 Ligasen allosterisch die Lysin-Reaktivität von E2 Enzymen aktivieren und damit nicht direkt chemisch an der Modifikationsreaktion teilnehmen, sind es die E2 Enzyme, die das Produkt der Reaktion bestimmen, d.h. an welchem Rest des Zielporteins Ubiquitylierung stattfindet und ob es sich um Mono- oder Polyubiquitylierung handelt. Ein detailliertes Verständnis der rund 40 verschiedenen E2 Enzyme ist daher essentiell für ein übergreifendes Verständnis von Ubiquitylierung. In den vergangenen Jahren wurden E2 Enzyme beschrieben, die Ubiquitin auf andere reaktive Gruppen als die Aminofunktion von Lysin übertragen können. Paradoxerweise besitzen diese unkonventionellen und die kanonischen, Lysin-reaktiven E2 Enzyme eine konservierte katalytische Domäne, welche trotz ihrer geringen Größe (~17 kDa) in der Lage zu sein scheint, eine enorme katalytische Vielfalt hervorzubringen. In diesem Antrag sollen zwei weitestgehend uncharakterisierte E2 Enzyme mit unkonventioneller Reaktivität untersucht werden: (1) Ube2J2, welches, neben Lysinen, Ubiquitin auf Serin- und Threonin-Reste übertragen kann, und (2) Ube2W, welches Spezifität für die N-alpha Aminogruppe der N-Termini von Zielproteinen aufweist. Meine strukturelle und biochemische Analyse dieser beiden Enzyme wird dabei helfen zu verstehen, wie deren aktive Zentren ihre unkonventionelle Reaktivität ermöglichen, und wie sie auf molekulare Ebene durch korrespondierende RING E3 Ligasen reguliert werden. Darüber hinaus werde ich die Relevanz meiner molekularen Erkenntnisse in vivo untersuchen. Somit wird diese Arbeit zu einem übergreifenden Verständnis der molekularen Aspekte und biologischen Bedeutung von nicht-Lysine Ubiquitylierung beitragen.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeberin: Professorin Rachel Klevit