Die Rolle von SPRED1 und der Endozytose in der Regulation des Ras/Erk Signalweges

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Ignacio Rubio
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie ; Biochemie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 399510179

Der Ras/Erk Signalweg ist vermutlich der am häufigsten pathologisch aktivierte Signalpfad in menschlichen Syndromen. Dies betrifft nicht nur Krebs, sondern auch eine erst kürzlich beschriebene Klasse von vererbbaren Syndromen, den RASopathien. Die molekularen Ursachen vieler RASopathien sind verhältnismäßig gut verstanden, weil die zugrundeliegenden Mutationen häufig etablierte Mitglieder des Ras/Erk-Signalpfades betreffen. Dies trifft jedoch nicht auf einige RASopathien, wie z.B den 2007 beschriebenen LEGIUS Syndrom, zu. LEGIUS wird durch Funktionsverlustmutationen in SPRED1 verursacht, ein Protein mit dubioser Funktion welches erst kürzlich als Inhibitor des Ras/Erk Signalweges ausgemacht wurde. Der genaue Angriffspunkt und Mechanismus dieser SPRED1-abhängigen Hemmung ist bislang jedoch unbekannt. Wir haben vorläufige Befunde zu neuen biochemischen Eigenschaften von SPRED1 gewonnen, die erstmals einen Einblick in die Funktionsweise von SPRED1 ermöglichen. Zum einen fanden wir, dass SPRED1 den Signalpfad direkt auf Höhe von Ras inhibiert, und zwar durch Hemmung der GTP-Beladung von Ras durch den Aktivator Sos. Weiterhin beobachteten wir, dass SPRED1 die frühe Endozytose anfacht, ein Prozess, der traditionell mit der Entfernung und `Abschaltung´ von Signalproteinen von der Zelloberfläche in Verbindung gebracht wird. Auffällig war, dass LEGIUS SPRED1-Mutanten diese Effekte nicht hervorrufen, was dafür spricht, dass die beobachteten Effekte eine reelle und für das LEGIUS-Syndrom relevante biologische Funktion von SPRED1 darstellten. In Anbetracht der Tatsache, dass 1) die Sos-abhängige Ras-Aktivierung an der Plasmamembran (PM) abläuft und 2) Ras über Endozytose die PM verlässt, spekulieren wir auf eine funktionelle Verbindung beider durch SPRED1 beeinflussten Prozesse. Wir nehmen an, dass SPRED1 die Ras-Aktivierung indirekt über eine Kontrolle der Ras-Endozytose reguliert, da letzterer Vorgang Ras von seinen PM-gebundenen Aktivator Sos entfernt. Solch ein Modell wird unseren Beobachtungen gerecht und würde die Ras-Inhibierung durch SPRED1 erklären. Das vorliegende Projekt soll diese Hypothese überprüfen: Sind die Auswirkungen von SPRED1 auf die Endozytose verantwortlich für die Hemmung der Ras-Aktivität? Zusätzlich zu biochemischen und mikroskopischen Untersuchungen, die diese Frage direkt angehen, soll für ein verbessertes Verständnis der Funktion von SPRED1 mittels eines „Screens“ nach neuen Bindungspartnern von SPRED1 gesucht werden. In der Summe wird dieses Projekt Einsicht in Funktion und Wirkmechanismus von SPRED1 als Inhibitor des Ras/Erk Signalweges und in die molekularen Ursachen des LEGIUS-Syndroms gewähren. Darüber hinaus wird diese Studie Antworten auf eine grundlegende, bis heute kontrovers diskutierte Frage der Zellbiologie liefern: Welche Auswirkungen hat die Endozytose auf die Ras-abhängige Signaltransduktion?

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen