Die Bedeutung des humanen WIPI3-Proteins in lysosomalen Phosphoinositid-vermittelten Signalwegen

• Antragstellerin: Professorin Dr. Tassula Proikas-Cezanne
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie
• Förderung: Förderung seit 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 323732846

Lysosomale Funktionen und der Prozess der Autophagie tragen entscheidend zur Aufrechterhaltung der zellulären Homöostase bei. Dies erklärt, dass viele menschliche Krankheiten auf Dysfunktionen im Zusammenspiel von Autophagie und lysosomaler Aktivität beruhen, wobei irreguläre Signalwege mit Beteiligung von Phosphatidylinositol-3-phosphat (PI3P) und Phosphatidylinositol-3,5-bisphosphat (PI(3,5)P2), eine besondere Rolle spielen. So begründet sich z.B. die humanpathologische Ursache der Charcot-Marie-Tooth-Neuropathie Typ 4J (CMT4J) in Mutationen der Phosphoinositid-5-Phosphatase FIG4. Beteiligte zelluläre Mechanismen sind unzureichend verstanden. Zum besseren Verständnis der Bedeutung von PI3P und PI(3,5)P2 in der Kontrolle von Autophagie und Lysosomenfunktion untersuchten wir die Funktion der humanen WIPI (WD-repeat protein interacting with phosphoinositide) Proteine. Die WIPI-Proteine (WIPI1 bis WIPI4) sind PI3P- und PI(3,5)P2-bindende Proteine, die wir ursprünglich entdeckt und im Rahmen der Autophagie charakterisiert haben. Wir konnten zeigen, dass alle vier WIPI-Proteine distinkte Scaffold-Funktionen im Prozess der Autophagie erfüllen. WIPI1 und WIPI2 wirken als PI3P-Effektoren an neu entstehenden Autophagosomen, WIPI3 und WIPI4 darüber hinaus auch bei der Signalsteuerung der Autophagie bevor das für die Autophagie notwendige PI3P produziert wird. So wird WIPI4 in Folge der Aktivierung von AMPK aus einem WIPI4-ATG2/AMPK-ULK1 Komplex freigesetzt und reguliert zusammen mit ATG2 die Membranexpansion des entstehenden Autophagosoms, zu der auch WIPI3 einen Beitrag leistet. Darüber hinaus bindet WIPI3 den TSC-Komplex, der die lysosomale TORC1-Aktivität steuert. In der ersten Förderperiode untersuchten wir die Funktion von WIPI3 in der lysosomalen Phosphoinositid-Signalübertragung, indem wir die PI3P- und PI(3,5)P2-abhängige Lokalisierung von WIPI3 an Lysosomen charakterisierten. Dabei identifizierten wir mit Hilfe bildbasiertem Hochdurchsatz-shRNA-Screening die Kinasen DDR1 und ABL1/2 als Regulatoren der WIPI3 Bindung an Lysosomen und Autophagosomen. Mit Hilfe SILAC-basierter qPhospho-Proteomics und qPCR-basiertem Screening von 84 mTOR-Zielproteinen erkannten wir, dass WIPI3 im Zusammenspiel mit LAMTOR1 und DEPTOR den lysosomalen TORC1 Komplex reguliert. In der zweiten Förderperiode beabsichtigen wir deshalb, die ursächlichen molekularen Details der WIPI3-vermittelten TORC1-Regulation einerseits unter Einbeziehung von DEPTOR und LAMTOR1 zu analysieren, sowie andererseits die Bedeutung der durch die Kinasen DDR1 und ABL1/2 vermittelten WIPI3 Regulation an diesem Prozess zu untersuchen. Darüber hinaus werden wir untersuchen, wie sich FIG4-Mutationen in CMT4J auf die Regulation von Autophagie und Lysosomenfunktion auswirken. Dies begründet sich in unserer Beobachtung, dass der selektive autophagisch-lysosomale Abbau in primären Fibroblasten von CMT4J-Patienten signifikant beeinträchtigt ist.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 2625: Mechanismen der Lysosomalen Homöostase