Strukturelle und genetische Variabilität des Proteostase-Netzwerks in Saccharomyces cerevisiae.

• Antragsteller: Dr. Matthias Weith
• Fachliche Zuordnung: Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung ; Strukturbiologie
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 440376057

Die Fähigkeit einer Zelle, die Gesamtheit ihrer Proteine in einem ausgeglichenen, funktionellen Zustand zu halten („Proteostase“) ist Voraussetzung für ihre Fitness. Plötzlicher oder voranschreitender Verlust der Proteostase kann pathologisch sein, begleitet jedoch auch den Alterungsprozess. Wir haben bislang weder ein genaues Bild der Ursachen für diesen Verfall, noch kennen wir die Verbindung zur Ansammlung toxischer Proteine in degenerativen Erkrankungen. Defekte während des Alterns und in Krankheiten sind durch verbundene Vorgänge in einem Netzwerk zu erklären, die insgesamt die zelluläre Proteostase beeinflussen. Darüber hinaus entstammen individuelle Unterschiede im Alterungsprozess dem gemeinsamen Einfluss vieler genetischer Varianten auf dieses Proteostase-Netzwerk.Proteomweite Messmethoden verändern zunehmend unseren Zugang zu komplexen Merkmalen wie der zellulären Proteostase. Wir schlagen vor, moderne Massenspektrometrie-basierte Methoden anzuwenden, um die Toleranz des Modellorganismus Saccharomyces cerevisiae gegen proteotoxischen Stress durch Hitze zu untersuchen. Insbesondere nutzt unsere Studie eine kürzlich entwickelte Methode der strukturellen Proteomik, basierend auf limitierter Proteolyse („LiP-MS“). LiP-MS ermöglicht die proteomweite Detektion von Strukturveränderungen und erlaubt es uns, Proteostase-Mechanismen und Hitzetoleranz als Netzwerk zu untersuchen, indem zelluläre Prozesse weitreichend und simultan erfasst werden.Die Studie wird die genetische Grundlage der Hitzetoleranz mittels einer Kollektion von Hefestämmen untersuchen. Phänotypische Messungen werden hierzu mit genetischen und transkriptionellen Informationen sowie dem Zustand des Proteoms verbunden. Die erhobenen Daten werden es uns ermöglichen, individuelle genetische Einflüsse auf die Hitzetoleranz mit dem funktionellen Zustand regulatorischer Module zu verknüpfen. Durch Induktion werden wir aus den molekularen und phänotypischen Messungen ein Netzwerkmodell der Proteostase generieren. Andererseits werden dieses Modell und die molekularen Daten die Deduktion mechanistischer Hypothesen unterstützen.Zusätzlich zur Untersuchung individueller Unterschiede in der Hitzetoleranz werden wir den Einfluss vorhergehender Stressexposition untersuchen. Hefezellen entwickeln infolge einer milden Stresseinwirkung erhöhte Hitzetoleranz. Wir werden die Veränderungen nach einer solchen Stresserfahrung mit dem Einfluss genetischer Faktoren vergleichen. Die Voraussetzungen für die Etablierung des Stress-Gedächtnis werden zudem auf genetischer Ebene untersucht.Der entscheidende Fortschritt durch diese Studie ist ihr Netzwerk-orientierter Zugang zum Phänomen der Proteostase und ihrer genetischen Variabilität sowie die Kombination mit der proteomweiten Erfassung funktioneller Zustände. Die Eignung des beschriebenen Ansatzes, vernetzte Einflussfaktoren auf die Stressresistenz zu finden, wird durch molekularbiologische Nachfolgeexperimente überprüft und etabliert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen