Die Bedeutung der Intramembranproteasen SPPL2a/b für die Homöostase von C-terminal verankerten Membranproteinen

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Bernd Schröder; Professorin Dr. Blanche Schwappach-Pignataro
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie ; Biochemie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 380321491

Tail-anchored (TA) Proteine stellen eine topologisch definierte Klasse von Membranproteinen dar, die am vesikulären Transport beteiligte SNARE Proteine, Untereinheiten des ko-translationalen Translokons und Komponenten des Ubiquitin Proteasom Systems beinhaltet. Während verschiedene Wege für die Biogenese von TA Proteinen beschrieben wurden, sind die Mechanismen, die den Abbau dieser Proteine vermitteln, bisher nur rudimentär verstanden. Wir postulieren, dass die zwei Intramembranproteasen Signal Peptide Peptidase-like 2a und b (SPPL2a/b) die Homöostase von TA Proteinen in Kompartimenten des späten sekretorischen Weges bzw. endo-/lysosomalen Systems regulieren. Mit ihrem Transmembransegment in Typ II Orientierung und dem kurzem C-Terminus besitzen TA Proteine alle Charakteristika von SPPL2a/b Substraten. Die Präsenilin-Homologe SPPL2a und SPPL2b sind Aspartyl-Intramembranproteasen, die in Lysosomen/späten Endosomen bzw. an der Plasmamembran lokalisiert sind. In einem Pilot-Screen konnten wir zeigen, dass das SNARE-Protein VAMP-2 durch SPPL2a proteolytisch gespalten wird und dass dieser Prozess unter endogenen Bedingungen in vivo relevant ist. So hängt die VAMP-2 Homöostase in Kardiomyozyten entscheidend von der SPPL2a Aktivität ab, weshalb die VAMP-2 Spiegel in den Herzen von SPPL2a-defizienten oder überexprimierenden Mäusen entsprechend moduliert sind. In dem geplanten Projekt soll diese SPPL2a-vermittelte Proteolyse von VAMP-2 in zellulären Systemen und in vivo näher charakterisiert werden. Dabei soll untersucht werden, in welchem zellulären Kompartiment dieser Prozess stattfindet und wie er reguliert wird. Insbesondere soll mit Hilfe unserer SPPL2a/b einzel- und doppel-defizienten sowie SPPL2a überexprimierenden Mauslinien analysiert werden, in welchen Zelltypen und Geweben außer Kardiomyozyten die VAMP-2 Homöostase SPPL2a/b-abhängig kontrolliert wird. Dabei soll bestimmt werden, wie sich die beschriebene proteolytische Regulation auf Prozesse auswirkt, die durch VAMP-2 vermittelt und gesteuert werden. Dazu zählen in Kardiomyozyten der Plasmamembran-Transport des insulinanhängigen Glukose-Transporters GLUT4 sowie die Sekretion des Atrialen Natriuretischen Peptids. Beide Vorgänge sind von hoher (patho-)physiologischer Relevanz, weshalb die Untersuchung übergeordneter regulatorischer Mechanismen eine entsprechende translationale Bedeutung hat. Wir sehen die Identifikation von VAMP-2 als SPPL2a Substrat als klaren Hinweis, dass SPPL2 Intramembranproteasen als Regulatoren von funktionell bedeutsamen TA Proteinen fungieren können. Um dies weiter zu untermauern, planen wir ein breites Panel weiterer TA Proteine aus dem späten sekretorischen bzw. endosomalen Weg auf Proteolyse durch SPPL2a/b zu untersuchen. Auf diese Weise wird es möglich sein zu definieren, welchen Beitrag diese beiden Proteasen zu dem gegenwärtig sehr unvollständig verstandenen zellbiologischen Problem leisten, wie der Abbau von funktionell kritischen TA Proteinen vermittelt wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen