Untersuchungen zu gemischten Ubiquitinketten und Kettenkonformationen

• Antragsteller: Professor Dr. Volker Dötsch; Professor Dr. Thomas Sommer
• Fachliche Zuordnung: Biochemie ; Strukturbiologie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 394619424

Ubiquitinierung ist eine essentielle, posttranslationale Modifikation, die eine Vielzahl von Prozessen in eukaryotischen Zellen reguliert. Die kovalente Modifikation eines Proteins mit Ubiquitin ist nicht ein einfaches an-aus Signal wie z.B. die Phosphorylierung, sondern existiert in verschiedenen Arten. Eine der Hauptfragen der Ubiquitin-Forschung ist, wie dieser Code generiert und wie er von anderen Faktoren erkannt wird. Die Vielfältigkeit des Codes wird durch verschiedene Arten der Modifikation erzeugt. Proteine können entweder mit einem einzelnen Ubiquitin Molekül an spezifischen Stellen modifiziert werden (mono-Ubiquitinierung), mit mehreren Ubiquitin Molekülen an verschiedenen Stellen (multi-mono Ubiquitinierung) oder mit verschiedenen Arten von Poly-Ubiquitinketten. Ketten mit unterschiedlichen Verknüpfungsarten sind mit verschiedenen Funktionen verbunden. Zum Beispiel markieren Ketten mit wenigstens vier über K48 verknüpften Ubiquitin Molekülen Substrate für den proteasomalen Abbau. K11 verknüpfte Ketten spielen eine wichtige Rolle im als Endoplasmic Reticulum Associated Protein Degradation (ERAD) bezeichneten Prozess und im Zellzyklus während K63 verknüpfte Ketten z.B. Funktionen in der DNA Reparatur, der transkriptionalen Aktivierung, der Endozytose oder dem Proteintransport spielen. Bisher hat sich die Ubiquitin Forschung hauptsächlich auf die Untersuchung von homogenen poly-Ubiquitinketten fokusiert. Es gibt jedoch zunehmend Hinweise auf die Existenz von Ketten mit mehr als einer Verknüpfungsart, entweder als gemsichte Ketten oder Ketten mit einem Verzweigungspunkt. Zum Beispiel wurden K63/M1, K11/K48 und K63/K48 Ketten bereits in Zellen nachgewiesen. Während der Untersuchung von Ubiquitinierungsprozessen im ERAD System haben wir entdeckt, dass das E2 Enzym Ubc1 K63-markierte Substrate mit K48 Ketten dekoriert und somit K48/K63 Verzweigungen einbaut. Durch die Kombination von Hefegenetik mit sowohl biochemischen als auch biophysikalischen Methoden wollen wir diese Reaktion weiter charakterisieren, K48/K63 Ketten in vivo nachweisen, UBDs identifizieren, die spezifisch an verzweigte Ketten binden, diese Wechselwirkungen sowohl funktional als auch strukturell charakterisieren und die Konformationen verschiedener Ubiquitinketten untersuchen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen