Regulation der 26S Proteasomaktivität und der Bewältigung von Proteinaggregationserkrankungen durch Nub1

• Antragsteller: Professor Dr. Michael Basler, seit 10/2022
• Fachliche Zuordnung: Biochemie ; Immunologie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 423436224

Proteine werden für den Abbau durch das 26S Proteasom mit Ubiquitin oder dem Ubiquitin-ähnlichen Modifikator FAT10 markiert. Bisher hatte man angenommen, dass dieser Proteinabbau vor allem über Enzyme reguliert wird, die diese Markierungen mit Ubiquitin oder FAT10 vornehmen. Kürzlich wurde jedoch gezeigt, dass auch die Aktivität des 26S Proteasoms selber u.a. durch dessen Phosphorylierung oder Ubiquitylierung reguliert wird. Ausserdem binden ubiquitylierte Substrate über das inhibitorische deubiquitylierende Enzym USP14 an das 26S Proteasom und aktivieren es über eine Konformationsänderung. Der FAT10-vermittelte Abbau wird durch das Protein NUB1 stark beschleunigt. Nun konnten wir nachweisen, dass NUB1 und FAT10 gemeinsam das 26S Proteasom genauso stark aktivieren wie Ubiquitinkonjugate dies tun, vermutlich weil NUB1 an die gleiche Stelle von RPN1 am 26S Proteasom bindet wie das inhibitorische USP14 und es verdrängt. In diesem Projekt wollen wir den genauen Mechanismus und die funktionellen Konsequenzen der Aktivierung des 26S Proteasoms durch NUB1 untersuchen. Zunächst werden wir eruieren, welche Proteindomänen in NUB1 und FAT10 für die Aktivierung des 26S Proteasoms erforderlich sind. Wir werden testen ob NUB1 mit USP14 um die Bindung an RPN1 kompetiert, ob NUB1 direkt an USP14 bindet, und ob USP14 für die Aktivierung durch NUB1/FAT10 überhaupt erforderlich ist. Dann werden wir untersuchen, ob neben FAT10 auch andere schwach gefaltete Bindungspartner von NUB1 zusammen mit diesem den 26S Komplex aktivieren. Ausserdem wollen wir herausfinden, ob NUB1 und FAT10 zusammen auch den Abbau von Ubiquitinkonjugaten beschleunigen. Mit cryo-Elektronenmikroskopie werde wir erforschen ob NUB1/FAT10 das 26S Proteasom konformationell aktivieren und den Eingang zum 20S Proteasom im 26S Komplex öffnen. Mit Zellen aus der kürzlich von uns generierten NUB1-/- Maus werden wir untersuchen, ob NUB1-Defizienz die Sensitivität für Substanzen erhöht, die Proteinfalschfaltung induzieren. Wir werden die NUB1-defizienten Mäuse mit Mausmodellen für die Parkinsonsche und die Huntinton Erkrankung verpaaren, um zu untersuchen, ob NUB1 Verlust die Krankheitssymptome und die Bildung von Proteinaggregaten in Neuronen verstärkt. Da viral infizierte Zellen und Tumorzellen erhöhte Proteasomaktivität benötigen, werden wir untersuchen, ob die Infektion von NUB1-/- Mäusen mit dem Lymphozytären Choriomeningitis Virus (LCMV) zu einer veränderten Virusreplikation, antiviralen zytotoxischen Immunantwort und zu verstärktem Proteinfaltungsstress führt. Ausserdem werden wir testen, ob NUB1-/- Mäuse ein verändertes Tumorwachstum nach Induktion von Darmkrebs durch AOM/DSS Behandlung oder Verpaarung mit transgenen APCMin/+ Mäusen aufweisen. Dieses Projekt hat das Potential, einen neuen Mechanismus der Aktivierung des 26S Proteasoms aufzudecken, und NUB1 und/oder FAT10 als pharmakologische Zielstrukturen für die Therapie neurologischer Proteinaggregationserkrankungen und Krebs zu validieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemaliger Antragsteller: Professor Dr. Marcus Groettrup, bis 9/2022 (†)