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Projekt
Funktion und Regulation der Podin Proteine unter mechanischem Stress in der Muskulatur
Antragsteller
Professor Dr. Dieter O. Fürst
Fachliche Zuordnung
Zellbiologie
Förderung
Förderung seit 2018
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 388932620
Die Podin Proteine (SYNPO, SYNPO2, SYNPO2L) sind Multi-Adapterproteine, die an zellulären Aktivitäten im Zusammenhang mit mechanischem Streß beteiligt sind: einige Podine tragen durch Bindung an Filamin, alpha-Actinin und Actin zur Stabilisierung der Actin Zytoskelettarchitektur bei, andere spielen eine Rolle bei der Filamin Proteostase mittels Chaperon-assistierter selektiver Autophagie (CASA) und beim Signaling unter mechanischem Streß. In der ersten Förderperiode zeigten wir spezifische Expressionsmuster der Podine und entdeckten neue Protein-Interaktionen: (1) PDZ Domäne von SYNPO2 mit YAP/TAZ Transkriptionsfaktoren, (2) SYNPO2 und SYNPO2L an den Calcineurin Inhibitor Calsarcin, (3) durch Phosphorylierung regulierte LC3-Bindung und (4) ein Phosphoinositid Erkennungsmotiv in SYNPO2. Bimolekulare Fluoreszenz-Komplementation zeigte, dass durch eine SYNPO2 Isoform-abhängige Interaktion BAG3 an Z-Scheiben oder in kontraktionsinduzierte Läsionen geleitet wird. In unterschiedlichen experimentellen Aufbauten nutzten wir elektrische Pulsstimulierung (EPS), um Proteinexpression, Veränderungen im Phosphoproteom und Effekte auf die Proteindynamik in Antwort auf mechanischen Streß zu untersuchen. FRAP-Assays zeigten eine langsamere Dynamik von SYNPO2b (PDZ Domäne-enthaltend), mechanischer Streß hingegen wirkte sich nur auf die kleinen Isoformen aus. Die Recovery-Kinetik von SYNPO2b zeigte eine deutliche Abhängigkeit von der Proteinsynthese. Unsere Daten implizieren, dass myofibrilläre Läsionen zunächst ein vom Proteinabbau unabhängiges Kompartiment sind, das durch mechanischen Streß verursachte, lokale Schädigungen der Myofibrille stabilisieren soll. Die starke Zunahme der Läsionen in SYNPO2 Knockdown Zellen verdeutlicht die wichtige Funktion der Podine bei diesem Prozess. Umfangreiche Phosphoproteom-Analysen zeigen ein komplexes, kontraktionsinduziertes Phosphorylierungsmuster in Myotuben. Einige dieser Phosphorylierungen haben konkrete Auswirkungen auf Protein-Wechselwirkungen. Die Bedeutung der Podin-Proteinfamilie wird durch die Entdeckung von Mutationen im SYNPO2 Gen in Patienten mit nephrotischem Syndrom nochmals verdeutlicht. Ein Hauptziel der geplanten Arbeiten ist es, Isoform-spezifische von generellen Funktionen der Podine abzugrenzen. Insbesondere zielen unsere Arbeiten darauf ab, wie kontraktionsabhängige (De-) Phosphorylierungen die Protein-Interaktionen der Podine regulieren und was deren funktionelle Relevanz ist. Biochemische Analysen von Proteinkomplexen werden komplementiert durch mikroskopische Analysen (FRAP, BiFC) unter dem Einfluß von EPS und in Podin-Protein Knockdown Zellen. Insbesondere werden wir die Rolle der Podine im Lichte der neu entdeckten Verbindungen zum Phosphoinositid-, Calcineurin- und YAP/TAZ-Signaling analysieren. Die Zusammenarbeit im Rahmen dieser Forschergruppe ermöglicht es uns, die Funktionen der Podine bei der Protein Homöostase und beim Signaling zum Schutz gegen mechanischen Streß im Muskel zu etablieren.
DFG-Verfahren
Forschungsgruppen
