Lysinacylierung in zellulärer Regulation, Alterung und Krankheiten.

• Antragsteller: Professor Dr. Michael Lammers
• Fachliche Zuordnung: Biochemie ; Biophysik ; Strukturbiologie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 389564084

Tausende von Lysinacetylierungsstellen wurden im Proteom verschiedener Organismen mittels quantitativer Massenspektrometrie identifiziert. Die Identifizierung weiterer geladener und ungeladener Lysinacylierungen macht diese post-translationale Modifikation noch komplexer. Eine der größten Herausforderungen ist es zwischen biologisch wichtigen und den biologisch unwichtigen Acylierungsstellen zu unterscheiden. Für weniger als 1% aller Aclierungsstellen funktionelle Studien durchgeführt wurden. Wir benutzen einen kombinierten synthetisch biologischen, biophysikalischen und zellbiologischen Ansatz, um strukturell und funktionell zu verstehen, wie Proteine über Lysinacylierung reguliert werden. Ein Nachteil der bisher durchgeführten Massenspektrometrie-basierten Studien, ist es, dass diese relative anstelle von absoluten Daten der Quantifizierung liefern. Wir wollen verstehen, wie über Lysinacylierung Proteinfunktionen reguliert werden und wenden dazu einen systemischen und einen gezielten Ansatz an. Mittels Massenspektrometrie von Proteomen verschieder Gewebe gealterter Mäuse, in Zellen, in denen zytosolische Deacetylasen (HDAC6, Sirt2, Sirt5) genetisch deletiert wurden, in Kombination mit Überexpressionen von Lysinacetyltransferasen (KATs), werden wir die Stoichiometrie der Lysinacetylierung ermitteln. Wir haben eine Bibliothek aller menschlicher KATs hergestellt, die wir hinsichtlich ihrer zubzellulären Lokalisation, ihres Subtrate und Interaktionspartner untersuchen wollen. Dieses ist essentiell, wurde bisher noch nicht systematisch untersucht. Ein weiterer wichtiger Aspekt dieses Forschungsprojektes ist es zu verstehen, wie verschiedene Lysinacylierungen (z.B. Palmitoylierung und Succinylierung) mechanistisch unterschiedliche regulatorische Funktionen ausüben. Wir werden das Konzept des erweiterten genetischen Codes (GCEC) anwenden, um stellenspezifisch verschiedene Lysinacylierungen in Proteine einzubauen. Dieses ermöglicht es uns, sehr sauberes, homogen acyliertes Protein in Ausbeuten zu erhalten, die biophysikalische Studien, inklusive Röntgenstrukturanalyse ermöglichen. Ein Alleinstellungsmerkmal dieses experimentellen Ansatzes ist es, dass wir damit Studien mit nativ-gefalteten, acylierten Proteinen durchführen können, im vergleich zu acylierten Peptiden. Strukturelle Eigenschaften in Substraten beeinflussen die Lysinacylierung und deren Deacetylierung. Außerdem ist die Mutation von Lysin zu Glutamin häufig schlecht geeignet, um molekular Lysinacetylierung nachzuahmen. Ein weiterer Kernpunkt dieses Forschungsprojektes ist die struckturelle charakterisierung von Komplexen nativ-gefalteter Substratproteine mit Deacetylasen (Sirt1-3, Sirt5, HDAC6). Bisher wurden Deacetylasen nur in Komplexen mit acylierten Peptiden strukturell analysiert. Diese Ergebnisse werden die Determinanten der Substratspezifität von Deacetylasen aufzeigen und weiterhin die Entwicklung neuartiger Deacetylaseinhibitoren für therapeutische Anwendungen vorantreiben.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen