Struktur des HOPS Komplexes und seine Interaktionen mit SNARE Proteinen

• Antragstellerin: Dr. Sarah A. Port
• Fachliche Zuordnung: Strukturbiologie ; Biochemie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 352652013

Der Transport von Vesikeln spielt eine wichtige Rolle für Wachstum, Differenzierung, Signaltransduktion und viele andere kritische zelluläre Funktionen von Eukaryoten. Die Fusion der Vesikel mit der Membran der Ziel-Organelle ist hochspezifisch und wird von der Komplexbildung der SNARE-Proteine (N-ethylmaleimide-sensitive factor attachment protein receptors) kontrotrolliert. Für die Fusion der Membranen arbeiten SNARE-Proteine mit anderen Transport-Cofaktoren, wie Sec1/Munc18 (SM) Proteinen, Rab GTPasen, und Membranbindungsfaktoren zusammen. Die wichtigsten Membranbindungsfaktoren sind "multisubunit tethering complexes" (MTCs), die als Regisseure der Vesikelbindung und -fusion gelten. Dabei interagieren MTCs mit SNARE-Proteinen, sowie mit den meisten anderen Transport-Cofaktoren. Die zu Grunde liegenden molekularen Mechanismen sind jedoch kaum verstanden.Wir wollen nun die Funktion eines des am Besten charakterisierten MTCs, des HOPS (homotypic fusion and vacuolar protein sorting) Komplexes, mit Hilfe biochemischer und strukturbiologischer Methoden zu untersuchen. HOPS, ein ~660 kDa, hexamerer Komplex, ist essentiell für die Fusion später Endosomen und enthält, im Gegensatz zu anderen MTCs, ein SM Protein als integrale Untereinheit. Die Kenntnis der Struktur des HOPS Komplexes und seiner Interaktionen mit SNARE-Proteinen wird zum Verständnis der Zusammenarbeit von SNAREs, MTCs und SM Proteinen zur Regulierung und Spezifität von Membranbindung und -fusion beitragen.Bis heute wurden weniger als ein Viertel des HOPS Komplexes durch Röntgenkristallographie strukturell untersucht. Des Weiteren zeigen publizierte EM-Studien des HOPS Komplexes nicht-übereinstimmende Strukturen mit lediglich niedriger Auflösung. Der S. cerevisiae HOPS Komplex, der in diesen Studien verwendet wurde, wird allerdings im Allgemeinen als nicht besonders stabil beschrieben. Um eine höher aufgelöste Struktur des HOPS Komplexes zu erhalten, werden wir in Ziel 1 deswegen den vermeintlich stabileren HOPS Komplex des thermophilen Eukaryoten Chaetomium thermophilum verwenden und mit Hilfe von cryo-Elektronenmikroskopie als eine potentiell hochauflösende Technologie analysieren.SNARE-Proteine interagieren mit dem HOPS Komplex nicht nur durch ihre SNARE-Motive, sondern auch durch N-terminale, regulatorische Domänen, deren Rolle jedoch noch nicht gut verstanden ist. In Ziel 2 werden wir die Interaktion des HOPS Komplexes mit den verschiedenen N-terminalen Domänen der SNARE-Proteine mit kristallographischen, sowie parallel dazu, biochemischen und funktionellen Methoden charakterisieren. Die Beschreibung dieser Interaktionen wird einen entscheidenden Einfluss auf unser molekulares Verständnis der Rolle des HOPS Komplexes - und potentiell anderer MTCs - bei der SNARE-vermittelten Membranfusion haben.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Dr. Frederick Hughson