Mechanismus, Funktionen und Konservierung von SHRED, einem neuartigen molekularen Pfad zur Regulation von Proteinqualitätskontrolle
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Jede Zelle in einem lebenden Organismus enthält Milliarden von Proteinmolekülen. Proteine erfüllen vielerlei Aufgaben und sind daher für das Überleben und Wachstum einer Zelle unerlässlich. Allerdings können Proteine ihre Aufgaben nur erfüllen, wenn sie die richtige dreidimensionale Form haben. Fehlerhafte Proteine, die ihre richtige Form nicht erreichen oder verlieren, können ihre Aufgaben nicht wahrnehmen, das Funktionieren anderer Proteine beeinträchtigen und dadurch sogar giftig werden. Zellen haben Wege entwickelt, fehlerhafte und somit potenziell gefährliche Proteine zu erkennen und zu zerstören. Die Erkennung fehlerhafter Proteine bewerkstelligen sogenannte Ubiquitin-Ligasen. Diese speziellen Proteine heften ein kleines Protein namens Ubiquitin an zu entfernende Proteine an und markieren sie dadurch für den Abbau durch einen großen Proteinkomplex namens Proteasom. Die Beseitigung fehlerhafter Proteine wird Qualitätskontrolle genannt. In vorhergehender Arbeit hatten wir Qualitätskontrolle in Bäckerhefe untersucht, die auf ähnliche Weise die richtige Form ihrer Proteine sicherstellt wie menschliche Zellen. Bäckerhefe lässt sich leicht züchten und manipulieren und ist deshalb ein nützliches Werkzeug, um mehr über unserer eigenen Spezies zu erfahren. Wir hatten herausgefunden, dass die Aktivität der Ubiquitin- Ligase Ubr1 durch ein kleines Protein namens Roq1 bestimmt wird. Die Anzahl von Roq1- Molekülen in der Zelle steigt stark an, wenn aufgrund von Stressbedingungen viele Proteine Gefahr laufen, ihre korrekte Form zu verlieren. Roq1 bindet dann an Ubr1 und programmiert es so um, dass es fehlerhafte Proteine besser erkennt. Wie dies genau funktioniert, war unklar. Da Ubr1 jedoch auch in menschlichen Zellen vorkommt und für deren normales Funktionieren wichtig ist, wollten wir in diesem Projekt herausfinden, wie Roq1 die Aktivität von Ubr1 steuert. Zunächst isolierten wir Roq1 und Ubr1, kombinierten sie im Reagenzglas mit korrekt geformten oder fehlerhaften Proteinen und beobachteten, dass Roq1 tatsächlich das Ubr1-vermittelte Anheften von Ubiquitin an fehlerhafte Proteine fördert. Außerdem stellten wir fest, dass nur zwei kleine Regionen von Roq1 nötig sind, um Ubr1 zu regulieren. Diese Regionen ermöglichen es Roq1, stabil an Ubr1 zu binden und dessen Aktivität zu steuern. Um herauszufinden, ob die Bindung von Roq1 die Form von Ubr1 so verändern kann, dass es fehlerhafte Proteine besser erkennt, setzten wir eine Technik namens Kryo-Elektronenmikroskopie ein. Diese Studien laufen noch und könnten zu einem genauen Verständnis führen, wie Roq1 Ubr1 steuert. Darüber hinaus könnten sie Wege aufzeigen, die relevanten Regionen von Roq1 zu nutzen, um künstliche Regulatoren von Ubr1 herzustellen. Mit diesen könnte womöglich die Aktivität von Ubr1 manipuliert und seine Fähigkeit verbessert werden, fehlerhafte Proteine zu entfernen. Dies könnte medizinisch wertvoll sein, zum Beispiel um den Tod von Nervenzellen während des Alterns zu verlangsamen.
