Regulation und Spezifität der ER-ständigen Intramembranproteasen SPPL2c und SPP

• Antragsteller: Dr. Torben Mentrup
• Fachliche Zuordnung: Biochemie ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung seit 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 431664610

Die Familie der Signal Peptide Peptidase (SPP)/SPP-like (SPPL)-Proteine beinhaltet fünf Intramembranproteasen die vielfältige (patho-)physiologische Funktionen erfüllen. Diese reichen von der Regulation der Immunzellhomöosthase bis hin zur Kontrolle atherosklerotischer Prozesse. Im Gegensatz zu den verwandten Presenilinen prozessieren SPP/SPPL-Proteasen ausschließlich Transmembrandomänen in Typ II Orientierung. Seit der Entdeckung der SPP/SPPL-Proteasen zu Beginn dieses Jahrhunderts blieb SPPL2c das am wenigsten beschriebene Familienmitglied. Aufgrund seiner Genstruktur wurde es lange als nicht exprimiertes Pseudogen eingestuft. Im Gegensatz dazu konnten wir vor kurzem zeigen, dass SPPL2c ein endogen in männlichen Keimzellen exprimiertes ER-Protein ist, das ausgewählte Tail-verankerte (TA) Proteine prozessieren kann. Interessanterweise überlappt das Substratspektrum von SPPL2c nur partiell mit dem des anderen ER-ständigen Familienmitglieds SPP, was eine bislang nicht verstandene Spezifität beider Proteasen nahelegt. In vivo ist SPPL2c ausschließlich in elongierten Spermatiden im murinen und humanen Hoden zu detektieren. Hier spaltet es die beiden TA Proteine Syntaxin-8 und Phospholamban und reguliert dadurch den Umbau von Organellen und die Motilität von Spermien. Hierdurch trägt SPPL2c zur männlichen Fertilität bei.Obwohl die initiale Analyse von SPPL2c Einblicke in die biologische Funktion dieser Protease liefern konnte, bleiben zentrale Fragen offen: Wie diskriminieren SPP und SPPL2c Substrate von Nicht-Substraten? Wie kann man die unterschiedliche Prozessierung von TA Proteinen durch beide Proteasen erklären? Und wie kann die Aktivität von Intramembranproteasen kontrolliert werden? Um diese Fragen zu beantworten, planen wir die Transmembrandomänen ausgewählter TA Proteine zu mutieren, um Faktoren in diesen zu ermitteln, die deren Prozessierbarkeit durch SPP und SPPL2c regulieren. Das Hauptaugenmerk wird jedoch auf der Regulation der Proteasen selbst liegen. Bislang wurde angenommen, dass SPP/SPPL-Proteasen konstitutiv aktive Enzyme ohne Regulatoren sind. Im Gegensatz dazu konnten wir in ersten Experimenten das bislang komplett unbeschriebene C11orf94-Protein als neuen Interaktionspartner von SPPL2c ermitteln. Die Interaktion hat für beide Partner weitreichende Konsequenzen: Während die Koexpression von SPPL2c C11orf94 stabilisiert, inhibiert C11orf94 die proteolytische Spaltung von TA Proteinen durch SPPL2c, aber nicht durch SPP. Ausgehend von diesen Experimenten werden wir die Relevanz der SPPL2c-C11orf94-Achse im murinen Hoden mit der Hilfe von Knockout-Mausmodellen für beide Proteine untersuchen. Zusätzlich werden wir IP-MS Experimente durchführen um das weitere Interaktom von SPPL2 im Hoden zu charakterisieren und unser Verständnis der Proteinumgebung der Protease und deren regulatorischen Einflusses zu vertiefen. Dieser Ansatz wird grundsätzliche Einblicke in die bislang enigmatische Regulation von Intramembranproteasen liefern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen