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Projekt
Konformationsselektion bei der Flüssig-Flüssig-Phasenseparation: Proteinfaltungs- und Aggregationsmechanismen im Zytoplasma und in Stresskörperchen
Antragsteller
Professor Dr. Simon Ebbinghaus
Fachliche Zuordnung
Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
Biophysik
Biophysik
Förderung
Förderung seit 2019
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 419071406
Phasenseparation spielt eine entscheidende Rolle in der Faltung und Aggregation von Proteinen und den damit verbundenen Erkrankungen. Unter Zellstress können Kondensate diesbezüglich anfällige und möglicherweise toxische Proteine bis zum Abbau aufnehmen und diese somit vor weiterer Aggregation bewahren. Ein derartiger Mechanismus würde die Qualitätskontrollmechanismen der Zelle unterstützen und Protein-Homöostase gewährleisten. Auf der andere Seite könnte ein übermäßiges Anreichern der Proteine in den Kondensaten zu einer Überlastung der Kapazität führen und pathogene Phasenübergänge induzieren. Das derzeitige Wissen über die Zusammenhänge von Kondensation und Aggregation basiert hauptsächlich auf Studien zu Anreicherungsprozessen von Proteinen, die mit den entsprechenden Erkrankungen in Verbindung gebracht werden, sowie assoziierten Messungen pathogener Phasenübergänge. Das Ziel unserer Forschung in SPP2191 ist es diese Erkenntnisse durch neuartige Studien zur Konformation und Dynamik des Proteins entlang des Faltungs- und Aggregationsweges voranzutreiben. Das Ziel die biomolekularen Übergänge im Zusammenhang mit Phasenseparation zu verstehen verbindet uns mit verschiedenen Arbeitsgruppen im SPP2191 und hat zu effizienten Kooperationen bezüglich der Etablierung von gemeinsamen Methoden, Modellsystemen und theoretischen Modellen geführt. Das beantragte Projekt basiert auf unseren vorherigen Arbeiten im SPP2191, in denen wir die Aufnahme von destabilisierten, aber monomeren und reversibel-gefalteten Superoxid-dismutase 1 (SOD1) Mutanten in Stresskörperchen (SGs) untersucht haben. (publizierte Ergebnisse: N. Samanta et al., S. Ebbinghaus, Sequestration of Proteins in Stress Granules Relies on the In-Cell but Not the In Vitro Folding Stability, J. Am. Chem. Soc., 2021). Die Verteilung des Proteins zwischen SGs und dem Zytoplasma wird dabei von verschiedenen Faktoren wie der Faltungsstabilität, Hydrophobizität sowie der Umgebung bestimmt. Die Ergebnisse motivieren unsere zukünftigen Arbeiten, in denen wir die Faltung und Aggregation von krankheitsbedingenden SOD1 Mutanten in den jeweiligen Phasen untersuchen möchten. Hierzu verwenden wir spezielle Methoden wie die konfokalmikroskopische Relaxationsanalyse um die Kinetik und Thermodynamik der unterschiedlichen Aggregationswege zu untersuchen. Dies ermöglicht die Analyse von Ent- und Rückfaltung, der Übergange in intermediäre und fehlgefaltete Zustände, sowie von Aggregationsprozessen in SGs im Vergleich mit den gegenseitigen zytoplasmatischen Prozessen derselben Zelle. Das Projekt führt zum Verständnis von funktionalen und dysfunktionalen Kondensaten durch die Erkenntnis wie SGs, im Zusammenspiel mit molekularen Faktoren wie Chaperonen, Faltung und Aggregation beeinflussen um Protein-Homöostase zu sichern. Andererseits könnten die Ergebnisse aufzeigen, welche Faltungs- und Aggregationsprozesse pathogene Phasenübergänge induzieren.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
