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Projekt
Kontrolle von Thiol-Schaltern durch die Glutathion-S-Transferase GDAP1
Antragsteller
Professor Dr. Axel Methner; Professor Dr. Stefan Tenzer
Fachliche Zuordnung
Biochemie
Zellbiologie
Zellbiologie
Förderung
Förderung von 2017 bis 2022
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 386417025
Mutationen in der neuronalen Glutathion-S-Transferase (GST) GDAP1 (Ganglioside-induced differentiation associated protein 1) verursachen dominante und rezessive Formen der Charcot-Marie-Tooth (CMT)-Erkrankung, einer hereditären Polyneuropathie. GDAP1 sitzt in der äußeren Mitochondrienmembran, seine Überexpression führt zur Fragmentierung von Mitochondrien und zur Reduzierung der mitochondrialen Atmung. Interessanterweise verursachen Mutationen in Mitofusin-2 (MFN2), einer GTPase mit einer ähnlichen Topologie und entgegengesetzter Funktion auf Mitochondrien, eine klinisch nicht unterscheidbare Erkrankung, was eine Verbindung der beiden Proteine nahelegt. Eine Punktmutation des aktiven GST Zentrums von GDAP1 führt zur seiner Inaktivierung (unveröffentlichte Daten) was nahelegt, dass die GST-Aktivität für seine Funktion essentiell ist.In Anwesenheit von oxidiertem Glutathion, GSSG, bildet MFN2 unter Beteiligung des Thiolschalters C684 Disulfidbrücken mit anderen MFN2 Proteinen aus. Die Oligomerbildung führt zur mitochondrialen Hyperfusion, einer adaptiven Stressantwort, die temporär vor Apoptose und Mitophagie schützt. Wir konnten zeigen, dass GDAP1 und MFN2 nach Behandlung mit GSSG im selben Proteinkomplex vorkommen und dass GDAP1 die mitochondriale Hyperfusion inhibiert. Änderungen des Redoxhomöostase führen vermutlich GDAP1-vermittelt zu adaptiven Veränderungen der Form und Funktion von Mitochondrien. GDAP1 und MFN2 finden sich in einem Proteinkomplex und modulieren die Oligomerisierung von MFN2 durch Transfer von GSH an den Thiolschalter C684 oder über andere Proteine in diesem Komplex, die den Thiolschalter betätigen. GDAP1 reguliert daher die mitochondriale Hyperfusion und dieser Prozess ist bei der CMT-Erkrankung gestört. In Ziel A werden wir redox-abhängige Veränderungen der mitochondrialen Form und Funktion in CRISPR/Cas9 mutierten humanen C684A Motoneuronen untersuchen und den Effekt von GDAP1 in diesen Zellen klären. Wir vermuten, dass die Funktion von GDAP1 in diesen Zellen verändert ist. Da der Proteinkomplex von GDAP1 und MFN2 größer als die beiden Proteine ist, vermuten wir, dass GDAP1 GSH auch auf andere, bislang nicht beschriebene Thiolschalter in anderen an der Form und Funktion von Mitochondrien beteiligten Proteinen überträgt. In Ziel B werden wir diese anderen Zielproteine in dem GSSG-induzierten Proteinkomplex mittels quantitativer chemischer Proteomanalyse von Patientenzellen und Fruchtfliegen mit veränderter GDAP1-Expression identifizieren. Wir werden klären, welche Proteine sich in dem GSSG-induzierten Proteinkomplex befinden. Proteine, die sich in beiden Nachweissystemen und in beiden Spezies finden sollen entsprechend Ziel A weiter untersucht werden.Unsere Arbeiten verknüpfen den Wirkmechanismus zweier in die Pathophysiologie der CMT-Erkrankung involvierten Proteine, was die Klärung der zugrundliegenden biochemischen Grundlagen sowie ein besseres Verständnis des Pathomechanismus einer menschlichen Erkrankung erlaubt.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
