Identifizierung und Charakterisierung von Proteinphosphatasen als Hauptregulatoren zellulärer Stresssignalwege

• Antragstellerin: Dr. Annika Weber
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 421713657

Die reversible Phosphorylierung von Proteinen ist eine posttranslationale Modifikation, die eine Vielzahl von Signalwegen kontrolliert und somit in alle zellulären Prozesse involviert ist. Fast ein Drittel aller zellulären Proteine wird phosphoryliert, was die extreme Wichtigkeit dieses Signalnetzwerkes unterstreicht. Um die Modifikation einer solchen Vielzahl an Proteinen zu gewährleisten, besitzen Zellen in etwa 400 Kinasen mit unterschiedlichen Substratspezifitäten. Proteinphosphatasen, welche die Dephosphorylierung von Proteinen katalysieren, wurden dagegen lange als unspezifische Enzyme angesehen, aufgrund der geringen Anzahl an Genen, die diese Enzymklasse kodieren. Zudem zeigen die aufgereinigten, katalytischen Domänen dieser Enzyme eine eher unspezifische Aktivität gegenüber ihren Substraten in in vitro Experimenten. Die Forschung der letzten Jahre hat jedoch gezeigt, dass viele Phosphatasen nur als Oligomere in Zellen vorkommen, da sie eine Vielzahl von Holoenzymen mit klar definierter Substratspezifität bilden. Proteinphosphatase 1 (PP1) katalysiert den Großteil der Serin/Threonin-Dephosphorylierungen in eukaryotischen Zellen. Bisher sind etwa 200 regulatorische Untereinheiten identifiziert, welche die Spezifität und subzelluläre Lokalisierung von PP1 regulieren. Trotz ihrer immensen Wichtigkeit in der Kontrolle von zellulären Signalwegen, ist wenig über die Biologie von spezifischen PP1-Holoenzymen bekannt. Während meines Aufenthalts im Labor von Anne Bertolotti, plane ich spezifische PP1-Holoenzyme, welche eine tragende Rolle in der Terminierung von Stresssignalwegen innehaben, zu identifizieren und zu charakterisieren. Zu diesem Grund, werde ich das PP1 Interaktom während endoplasmatischen und zellulären Stressbedingungen untersuchen, um regulatorische Untereinheiten zu identifizieren, die eine wichtige Rolle in der Regulierung und Termination dieser Signalwege spielen. Zusätzlich möchte ich die Signalvorgänge untersuchen, die an der Dephosphorylierung des Ubiquitin-konjugierenden Enzyms UBE2J1 beteiligt sind. UBE2J1 spielt eine wichtige Rolle in der Aufrechterhaltung der Proteinhomeostase am endoplasmatischen Retikulum und wird im Zuge unterschiedlicher Stressbedingungen phosphoryliert. Diese Modifikation scheint essentiell für das Überleben der Zelle unter diesen Bedingungen zu sein. In einem dritten Projekt werde ich ein spezifisches PP1-Holoenzym charakterisieren, welches potentiell eine Schlüsselrolle in der Regulierung von zellulären Stresssignalwegen einnimmt. Zusammengenommen wird die Identifizierung und Charakterisierung von neuen PP1-Holoenzymen unser Verständnis von zellulären Stresssignalwegen und Krankheiten, in denen diese Signalwege dereguliert sind, substantiell vertiefen.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Großbritannien
• Gastgeberin: Dr. Anne Bertolotti