Mechanismus, Funktionen und Konservierung von SHRED, einem neuartigen molekularen Pfad zur Regulation von Proteinqualitätskontrolle

• Antragsteller: Professor Dr. Sebastian Schuck
• Fachliche Zuordnung: Biochemie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 417974619

Damit Proteine ihre Aufgaben erfüllen können, müssen sie korrekt gefaltet sein. Verschiedene Stressbedingungen erzeugen fehlgefaltete und somit defekte Proteine, deren Anhäufung die normale Zellfunktion stört. Qualitätskontrollmechanismen sorgen dafür, dass fehlgefaltete Proteine erkannt und beseitigt werden. Mangelhafte Qualitätskontrolle verursacht Erkrankungen wie beispielsweise Neurodegeneration.Wir haben kürzlich in der Bäckerhefe einen neuartigen molekularen Pfad entdeckt, der die Substratspezifität der Ubiquitinligase Ubr1 umprogrammiert und dadurch effiziente Proteinqualitätskontrolle befördert. Dieser Pfad wurde von uns stress-induced homeostatically regulated protein degradation (SHRED) genannt. SHRED wird aktiviert, wenn Stress die Expression des Genes ROQ1 induziert. Das Roq1 Protein wird von der Protease Ynm3 gespalten, wodurch ein positiv geladener Arginylrest am neuen Aminoterminus von Roq1 freigelegt wird. Mit diesem Arginylrest bindet gespaltenes Roq1 an eine Bindetasche von Ubr1, die normalerweise im Rahmen des N-end rule pathways Substratproteine mit positiv geladenen aminoterminalen Resten erkennt. Roq1-gebundenes Ubr1 beschleunigt den Abbau fehlgefalteter Proteine durch das Proteasom und steigert so die zelluläre Widerstandsfähigkeit gegen Proteinfehlfaltung. Zusätzlich führt das Umprogrammieren von Ubr1 zum Abbau bestimmter endogener, korrekt gefalteter Proteine. Dies lässt vermuten, dass SHRED auch am Umbau des Proteoms bei physiologischen Adaptationsvorgängen beteiligt ist. Diese Befunde werfen viele neue Fragen auf, zum Beispiel ob Roq1 als allosterischer Regulator oder als Substratadaptor fungiert, welche zellulären Prozesse noch von SHRED beeinflusst werden und ob SHRED auch in höheren Eukaryoten existiert.Ziel unseres Forschungsvorhabens ist ein umfassendes Verständnis des Mechanismus, der Funktionen und der evolutionären Konservierung von SHRED. Unsere Arbeit zielt darauf ab, (1) mittels in vitro Rekonstitution und struktureller Studien den genauen molekularen Mechanismus von SHRED aufzuklären, (2) ein vollständiges Bild der Funktionen von SHRED in der Bäckerhefe zu gewinnen und (3) ein vermutetes Pendant von SHRED in Säugerzellen zu identifizieren. Diese Untersuchungen versprechen neue Einblicke in die Regulation von Ubiquitinligasen und Qualitätskontrolle. Langfristig könnten sie eine pharmakologische Manipulation von Proteinqualitätskontrolle zu therapeutischen Zwecken ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen