Aufklärung des mitochondrialen ungefalteten Proteinantwortnetzwerks in Säugetierzellen

• Antragsteller: Professor Dr. Christian Münch
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie ; Biochemie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 390339347

Mitochondrien enthalten ein dediziertes Proteinqualitätskontrollsystem zur Sicherung der korrekten Proteinfaltung des mitochondrialen Proteoms. Die enzymatische Funktion mitochondrialer Proteine nimmt eine zentrale Rolle in der Funktion von Zellen ein. Störungen des mitochondrialen Proteoms spielen eine wichtige Rolle im Alterungsprozess und bei zahlreichen Krankheiten, wie neurodegenerative Erkrankungen. Bei Fehlfaltung mitochondrialer Proteine aktivieren Zellen die mitochondriale ungefaltete Proteinantwort (UPRmt), um mitochondriale Proteostase und -Funktion wiederherzustellen. Trotz zahlreicher Erkenntnisse über die UPRmt in C. elegans ist nur wenig über die Proteine und Mechanismen der Säugetier-UPRmt bekannt. Diese umfasst zwei funktionale Teile: eine transkriptionelle Antwort zur Erhöhung mitochondrialer Chaperone und eine translationale Antwort, kürzlich durch mich entdeckt, zur Reduktion der mitochondrialen Translation. In Anbetracht der wichtigen Rolle der Säugetier-UPRmt für das Verständnis der mitochondrialen Reaktion auf Stress, Alterung und Krankheiten, wurde deren Erforschung erheblich vernachlässigt. Ein Hauptgrund war das Fehlen experimenteller Voraussetzungen zur Untersuchung der UPRmt unter definierten, akuten Bedingungen.Meine vorhergehende Arbeit hat Bedingungen zur hochspezifischen, chemischen Induktion mitochondrialer Proteinfehlfaltung etabliert und die Untersuchung der akuten Säugetier-UPRmt ermöglicht. Die resultierenden Daten ergaben einen Einblick in die Proteine und Mechanismen mit einer wahrscheinlichen Rolle in der Regulation der UPRmt. Hierdurch geleitet schlage ich vier Ziele als Teil dieses Antrags vor, um mittels biochemischer, quantitativer Massenspektrometrie-basierender, zellbiologischer und genmodifizierender Methoden Proteine zu identifizieren und beschreiben, welche eine essentielle Rolle in der Säugetier-UPRmt spielen und die Mechanismen der Erfassung und Signaltransduktion der Säugetier-UPRmt zu entschlüsseln: 1) Aufklärung der UPRmt-Erfassung und Signalweitertragung innerhalb der Mitochondrien, besonders bezüglich der Kalziumregulation und der Untersuchung von LETM1, welches ich als neuen UPRmt-Regulator identifizieren konnte; 2) Beschreibung des temporalen Profils, welches die Progression durch die UPRmt und den Übertritt in eine pro-Zelltotphase nach kontinuierlicher UPRmt-Aktivierung kontrolliert; 3) Erweiterung meines vorläufigen- und Etablierung eines erweiterten genetischen Screens zur Identifikation UPRmt-essentieller Proteine und zur Bestimmung der zugrundeliegenden Mechanismen; 4) Entschlüsselung der Signaltransduktionswege, welche das UPRmt-Signal zum Zellkern, zur Initiation der transkriptionellen UPRmt, übertragen. Zusammengenommen werden diese Objektive unser Wissen über die Proteine und Mechanismen, welche die Säugetier-UPRmt bilden, wesentlich erweitern und die Basis zum Verständnis der mitochondrialen Antwort auf gestörte mitochondriale Proteostase in Alterung und Krankheit formen.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen