Entschlüsselung der Funktion der Ubiquitinligase E6AP: Strukturaufklärung und Charakterisierung von niedermolekularen Modulatoren

• Antragsteller: Professor Dr. Martin Scheffner; Professor Dr. Florian Stengel
• Fachliche Zuordnung: Biochemie ; Strukturbiologie ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 406631249

Die Aktivität zahlreicher zellregulatorischer Proteine wird über die kovalente Modifikation mit Ubiquitin kontrolliert. Die Spezifität des Ubiquitin-Konjugationssystems wird dabei durch E3 Ubiquitinligasen gewährleistet, die häufig in verschiedenen Krankheitsbildern wie Krebs, virale Infektionen sowie kardiovaskuläre, immunologische und neurologische Erkrankungen in ihrer Aktivität beeinträchtigt sind. Ein Paradebeispiel hierfür ist E6AP, das vom UBE3A-Gen kodiert wird und ein Mitglied der HECT E3-Familie ist: Die Dysregulation bzw. Stimulation seiner E3-Aktivität durch das E6-Onkoprotein humaner Papillomaviren (HPV) trägt entscheidend zur HPV-induzierten Cervixcarcinogenese bei; die Inaktivierung von E6AP durch genetische Veränderungen im UBE3A-Gen ist die Ursache des Angelman-Syndroms, einer neurologischen Entwicklungsstörung; die Amplifikation des UBE3A-Gens, die in einer erhöhten Expression von E6AP resultiert, ist ein Charakteristikum des Dup15q-Syndroms, einer Autismus-Spektrum-Erkrankung. Ein detailliertes Verständnis der Struktur-Funktions-Beziehungen von E6AP ist daher für die Aufklärung der Mechanismen, über die Interaktionspartner von E6AP - wie das E6-Onkoprotein - oder "Missense"-Mutationen im UBE3A-Gen die Aktivität von E6AP beeinflussen, unerlässlich und stellt die Basis für die Entwicklung niedermolekularer, potentiell therapeutisch wirkender Substanzen dar. Derzeit ist aber nur die Struktur der katalytischen HECT-Domäne von E6AP bekannt. Auch ist das Wissen über die Mechanismen, über die E6AP posttranslational reguliert wird, rudimentär. Dieses interdisziplinäre Projekt bringt drei Partner mit komplementärer Expertise zusammen. Ein Partner hat E6AP mitentdeckt und befasst sich mit biochemischen und zellbiologischen Aspekten von E6AP. Der zweite Partner ist strukturbiologisch orientiert und hat weitreichende Erfahrung in der Strukturanalyse des E6-Onkoproteins und von Protein-Inhibitor-Komplexen, während der dritte Partner über massenspektrometrische Expertise hinsichtlich der Analyse von Protein-Protein-Wechselwirkungen verfügt. Diese unterschiedlichen Expertisen werden vereint, um hochauflösende Strukturen von E6AP und von E6AP im Komplex mit dem E6-Onkoprotein sowie HERC2, die beide E6AP allosterisch stimulieren, zu erhalten. Des Weiteren wird die Interaktion von E6AP mit niedermolekularen Aktivatoren biochemisch und strukturell charakterisiert und untersucht, ob die Aktivität von E6AP-Mutanten, die in Individuen mit Angelman-Syndrom vorgefunden werden, durch niedermolekulare Substanzen wiederhergestellt werden kann. Zusammenfassend werden die vorgeschlagenen Studien detaillierte Einsichten in die Struktur von E6AP liefern und aufzeigen, wie die Aktivität von E6AP durch die Interaktion mit anderen Proteinen und niedermolekularen Substanzen moduliert wird. Diese Erkenntnisse werden eine solide Basis für die Entwicklung molekular Strategien zur Behandlung E6AP-assoziierter Krankheitsbilder darstellen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Partnerorganisation: Agence Nationale de la Recherche / The French National Research Agency
• Kooperationspartner: Dr.-Ing. Gilles Travé, Ph.D.