Untersuchung der biochemischen Grundlagen der Wirkungsweise von ABERRANT LATERAL ROOT FORMATION4, einem mutmaßlichen Ubiquitylierungstuner

• Antragsteller: Professor Dr. Steffen Abel, seit 7/2022
• Fachliche Zuordnung: Biochemie und Biophysik der Pflanzen
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 421703589

Ubiquitin-vermittelter Proteinabbau ist ein universeller, zellulärer Schalter, der fast jeden Aspekt von Wachstums und Entwicklung steuert. Eine hierarchische, ATP-abhängige E1-E2-E3 Enzymkaskade ermöglicht spezifische Protein-Ubiquitylierung. Modulare Cullin1-RING E3-Ubiquitinligasen (SCF-Komplexe) steuern eine Vielzahl biologischer Prozesse und unterliegen einer genauen Abstimmung auf den Ebenen Komplexassemblierung, Zielproteinrekrutierung und Ub-Übertragung auf Zielproteine. Trotz profunder Auswirkungen von Ubiquitylierung auf Proteostase, ist wenig darüber bekannt, wie Katalyse und Regulation von SCF-Komplexen sowie der initielle Ub-Transfer auf Zielproteine ablaufen. Glomulin (GLMN) / ABERRANT LATERAL ROOT FORMATION4 (ALF4) ist ein in allen phylogenetischen Reichen konserviertes Gen, welches generell in Einzelkopie vorliegt. GLMN/ALF4 Protein inhibiert die SCF-Komplex Aktivität, da es an der E2-Andockstelle bindet. Lethalität von glmn/alf4 Knockoutmutanten sowohl in Säugern als auch in Pflanzen unterstreichen die essentielle Rolle der GLMN/ALF4 Funktion. Arabidopsismutanten mit schwache alf4 Allelen sind zwar lebensfähig, zeigen jedoch Wachstumsphänotypen, die auf Mängel in der Pflanzenhormonantwort hinweisen. Wir konnten zeigen, dass in diesen alf4 Mutanten Komponenten von SCF-Komplexen dereguliert sind, wodurch wiederum native SCF Zielproteine, die im Wildtyp in Reaktion auf Phytohormone ubiquityliert und degradiert werden, stabilisiert werden. Es ist bislang nicht bekannt warum, wie, und wann ALF4 seine inhibitorische Wirkung auf SCF-Ubiquitinligasen und die Ubiquitylierung von Zielproteinen ausübt. Ziel des hier beantragten Projekts ist es, biochemische und biophysikalische Ansätze zum mechanistischen Verständnis der ALF4-Aktivität zu implementieren. Hierzu soll die Wirkung von ALF4 während der Ubiquitylierung von SCF-Zielproteinen in vivo und in vitro, sowie das ALF4-regulierte Proteom untersucht werden. Weiterhin soll das ALF4-Interaktionsnetzwerk rekonstruiert werden, um so Einblicke in die Steuerung der ALF4-Aktivität zu gewinnen. Schlussendlich werden die Untersuchungen im Rahmen dieses Projektes dazu beitragen, die Assemblierung von SCF-Komplexen und damit den Ubiquitin-vermittelten Proteinabbau besser zu verstehen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemalige Antragstellerin: Dr. Luz Irina Calderón Villalobos, bis 7/2022