Charakterisierung der Dynamik der Kernkomplexe der Uhr in Zeit und Raum miit Hilfe quantitativer Proteomik

• Antragstellerin: Professorin Dr. Maria S. Robles Martinez, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie ; Biochemie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 428041612

Zirkadiane Uhren sind endogene, sich selbsterhaltende Oszillatoren, die in allen Zellen des Körpers vorkommen und eine fundamentale Rolle für eine intakte Zell- und Gewebephysiologie spielen. Der Wechsel von Tag und Nacht bringt täglich rhythmisch wiederkehrende Ereignisse und Bedürfnisse mit sich. Zirkadiane Uhren erlauben unseren Organen sich auf molekularer Ebene darauf einzustellen. Die molekularen Mechanismen, die diese Oszillatoren steuern, bestehen vor allem aus transkriptionalen und translationalen Rückkopplungsschleifen. In den letzten Jahren hat die Entwicklung und Anwendung neuer, innovativer Methoden im Bereich der quantitativen Massenspektrometrie (MS)-basierten Proteomik unser Wissen über die rhythmische Änderung von Proteinmengen und ihren Funktionen in zellulären und metabolischen Prozessen im Laufe des Tages bedeutend erweitert. Diese neuen Technologischen Ansätze haben vorhergehende Studien auf der transkriptionalen Ebene vervollständigt und neue Blickwinkel auf die Funktionsweise molekularer und zellulärer Uhren ermöglicht. Zusätzlich zu der Betrachtung der täglichen Dynamik der zellulären Proteinzusammensetzung, hat die Entwicklung von MS-gekoppelten Affinitätsaufreinigungsmethoden zur Identifizierung von neuen Bindungspartnern von Kernproteinen der Uhr geführt und zur Entdeckung neuer potentieller Uhrproteine. Trotz dieser Fortschritte gibt es noch viele Unklarheiten über die genauen molekularen Mechanismen der inneren Uhr. Zum Beispiel ist noch unklar, wie die Promotorenbindung des wichtigsten Uhr-Transkriptionsfaktors BMAL1/CLOCK zeitlich und gewebespezifisch reguliert wird. In diesem Antrag wollen wir die neuesten Entwicklungen der MS-basierten quantitativen Proteomik anwenden um zu verstehen, wie die Aktivität von BMAL1/CLOCK Proteinkomplexen in Abhängigkeit von Zeit, Raum und Gewebe reguliert wird. Dazu werden wir zu verschiedenen Zeitpunkten sowohl Chromatin-gebundene als auch freie zytoplasmatische BMAL1/CLOCK Komplexe aus verschiedenen Gewebearten aufreinigen. Durch die Bestimmung ihrer Bestandteile wollen wir neue Koregulatoren entdecken und charakterisieren. Viele der Prozesse, die zu zirkadianen Rhythmen beitragen, wie zum Beispiel Proteinstabilität und Protein-Protein Interaktionen werden auch durch posttranslationale Modifikationen (PTM) reguliert. Quantitative MS-basierte Methoden eignen sich hervorragend um PTMs zu identifizieren und ihre zeitliche Dynamik zu untersuchen. Daher zielt dieser Antrag auch darauf ab, neue oszillierende PTMs in Uhrproteinen sowohl in Zellen als auch in Geweben zu entdecken und ihre Funktionen zu untersuchen. Die Arbeiten im Rahmen dieses Antrags werden wichtige neue Regulationsmechanismen des zentralen Uhr-Transkriptionsfaktors BMAL1/CLOCK in Raum und Zeit aufdecken und somit zentrale Aspekte der zirkadianen Uhr.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen