Wechselwirkung zwischen alpha-Synuklein induzierter Toxizität in Morbus Parkinson und zellulärer Protein-Homöostase in Hefe

• Antragsteller: Professor Dr. Gerhard H. Braus
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie ; Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung ; Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen ; Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung seit 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 421980395

Funktionierende Zellen benötigen eine sorgfältige Kontrolle der richtigen Mengen-Verhältnisse ihrer Proteine, die durch das Verhältnis zwischen Synthese und Abbau bestimmt werden. Defizite in dieser Protein-Homöostase werden mit neurodegenerativen Erkrankungen - wie z.B. Morbus Parkinson - in Verbindung gebracht. Ein Charakteristikum dieser Krankheit ist die Aggregation von alpha-Synuclein in Proteineinschlüssen als Hinweis auf erhebliche Störungen zellulärer Proteostase in betroffenen Zellen. Die Anhäufung von alpha-Synuclein führt zu stark erhöhter Phosphorylierung am Serin-Rest S129. Diese posttranslationale Modifikation spielt eine besondere Rolle für den alpha-Synuclein-Umsatz und als Beitrag zur Pathogenität. In der ersten Förderperiode wurde das Zusammenspiel zwischen essenziellen Proteostase-Wegen, Toxizität, Aggregation und Umsatz von alpha-Synuclein bei zellulären Grundmechanismen untersucht. Die Expression von alpha-Synuclein in Hefe führt zu einer signifikanten Wachstumsverringerung und der Bildung von Einschlüssen ähnlich wie bei Neuronen. Durch unterschiedliche Genom-weite Analysen konnten mehrere Gene für Modulatoren der Toxizität und Aggregation von alpha-Synuclein in Hefen identifiziert werden. Die auffälligsten Kandidaten waren mit der Protein-Homöostase verbunden. Die Expression von alpha-Synuclein reduzierte die Häufigkeit der 26S-Proteasom-Untereinheiten und veränderte die Anzahl zellulärer Ubiquitin-Konjugate. Diese Störung der Proteostase hängt von der S129-Phosphorylierung ab und korreliert mit dem Umsatz von alpha-Synuclein. Ziel des hier vorgeschlagenen Antrags ist das Verständnis des komplexen Zusammenspiels zwischen alpha-Synuclein-Toxizität, zellulärer Proteostase, und der Rolle der S129-Phosphorylierung für diesen Prozess. Zwei Ansätze werden verfolgt: (i) Wir werden vergleichen, wie alpha-Synuclein und die phosphorylierungs-defiziente S129A-Variante die Proteindynamik in Hefen beeinflussen, welche Proteine ihre Stabilität verändern und welche Konsequenzen dies für die zelluläre Proteostase hat. Ein Hauptaugenmerk wird dabei auf dem proteasomalen Chaperon Rpn14/PAAF1 liegen, das in Pilot-Experimenten für diesen Antrag als mögliches Schlüssel-Protein für diesen Prozess identifiziert wurde. (ii) Die direkten Auswirkungen der Expression von alpha-Synuclein und S129A auf das 26S-Proteasom und seine Homöostase werden verglichen. Der Fokus liegt auf Proteinen, die den Abbau der 26S-Proteasomen durch Proteaphagie und ihre Sortierung in die schützenden Proteasom-Speichergranula unter verschiedenen Stressbedingungen beeinflussen. Ziel dieses Antrags ist ein integratives Bild der Schlüsselkomponenten des Proteostase-Netzwerks, das von alpha-Synuclein-Akkumulation und -Aggregation betroffen ist als Beitrag zum besseren Verständnis der molekularen Mechanismen für Morbus Parkinson und den damit verbundenen Altersprozessen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen