Wie beeinflussen allosterische Effektoren die durch den Sec61-Komplex vermittelte Proteintranslokation?

• Antragsteller: Professor Dr. Volkhard Helms
• Fachliche Zuordnung: Bioinformatik und Theoretische Biologie ; Biophysik
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 434188682

In Eukaryoten wird die Proteinbiosynthese entweder durch zytosolische Ribosomen oder durch Ribosomen vermittelt, die an die Membran des Endoplasmatischen Retikulums (ER) angeheftet sind. Im zweiten Fall wird die neu synthetisierte "naszierende Peptidkette" (NC) üblicherweise durch einen integralen Membranproteinkomplex entweder ins ER transloziert oder seitlich in die ER-Membran inseriert. In Eukaryoten wird diese zentrale Komponente als Sec61-Komplex bezeichnet. Proteine, die über die ER-Membran hinweg transloziert werden sollen, tragen ein "Signalpeptid" (SP) an ihrem N-Terminus. Im ER wird diese Sequenz durch das Enzym Signalpeptidase abgetrennt. Sobald die neu synthetisierte NC aus dem Ribosom austritt, bindet das Signalerkennungspartikel (SRP) an ihr SP. Nach der anschließenden Bindung von SRP an den membranständigen SRP Rezeptor dissoziiert SRP vom SP, welches dann in den Sec61 Kanal eindringen kann. Dieser als ko-translational und SRP-abhängig bezeichnete Pfad steht im Fokus dieses Projekts.Nicht alle NCs, die Sec61 passieren sollen, können dies jedoch ohne zusätzliche Hilfe bewerkstelligen. Manche NCs benötigen die Anwesenheit weiterer akzessorischer Membranproteine wie TRAP und Sec62-Sec63. Bis vor kurzem was unklar, auf welchen Eigenschaften der SPs die Benutzung verschiedener Translokationspfade beruht. In publizierten Vorarbeiten konnten wir dazu beitragen, physikochemische Charakteristika zu bestimmen, durch die sich die SPs von TRAP-abhängigen bzw. Sec62-63-abhängigen Proteinen von denjenigen SPs unterscheiden, die keine Hilfe zusätzlicher Proteine benötigen. Unklar bleibt jedoch die mechanistische Rolle dieser akzessorischen Proteine und wie sie mechanistisch gesehen die kotranslationale Translokation beeinflussen. Des weiteren wurden in der Literatur mehrere kleinmolekulare Effektoren beschrieben (z.B. Eeyarestatine, Mykolaktone, und Ipomoeassin F), welche die Effizienz der Proteintranslokation durch den Sec61-Komplex beeinflussen. In publizierten Vorarbeiten kombinierten wir Ligandendocking und elektrophysiogische Daten zu einem Modell, wie Eeyarestatin-Derivate auf unterschiedliche Weise in der Sec61-Pore binden. Aufbauend auf diesen Vorarbeiten und jüngsten Strukturdaten für den Sec61-Komplex möchten wir hier nun die mechanistischen Details aufklären, wie allosterische Effektormoleküle die Proteintranslokation durch den Sec61-Komplex beeinflussen. Wir werden einen kombinierten rechnerischen und experimentellen Ansatz verfolgen. Die konkreten Ziele dieses Projekts sind: (i) wir möchten aufklären, wie SPs in der Sec61-Pore binden, (ii) wir möchten aufklären, wie akzessorische Proteine das Konformationssampling von SPs in der Sec61-Pore verändern, (iii) wir möchten die molekularen Auswirkungen bei der Bindung von kleinen Effektormolekülen im oder am Sec61-Kanal charakterisieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen