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

• Erstellungsjahr: 2024

Zusammenfassung der Projektergebnisse

In dieser Studie wurde das zelluläre Netzwerk erforscht, das Saccharomyces cerevisiae vor den Folgen einer Hitzestressbehandlung schützt, indem detaillierte Strukturdaten zu dynamischen Veränderungen der Proteinfaltung mit einer Untersuchung der genetischen Grundlagen der Hitzeresistenz kombiniert wurden. Wir nutzten vorhandene Multi-omics-Daten einer umfangreichen Kreuzung zwischen zwei Hefestämmen (S288c-Derivat BY4716 und Weinberg-Isolat RM11-1a) und untersuchten den genetischen Einfluss auf die zelluläre Resistenz gegen Hitzestress. Unsere Ergebnisse unterstrichen die herausragende Rolle der PKA- und TOR-Signalwege als Hauptdeterminanten nicht nur für die Hitzeresistenz, sondern auch für den Gesamtzustand des zellulären molekularen Netzwerks. Darüber hinaus haben wir die begrenzte Proteolyse-Massenspektrometrie (LiP-MS) eingesetzt, um strukturelle Veränderungen von Proteinen als Reaktion auf Hitzestress zu untersuchen. Dieser integrierte Ansatz ermöglichte die Identifizierung von Überschneidungen zwischen der akuten zellulären Reaktion auf Stress und genetisch bedingten Unterschieden im Zustand des zellulären Netzwerks. Insbesondere beobachteten wir strukturelle Veränderungen in zellulären Schlüsselkomponenten wie der Plasmamembran-Protonenpumpe Pma1p, die eine entscheidende Rolle bei der Einstellung des zellulären pH-Werts spielt, nach Hitzebehandlung. Diese Pumpe wurde auch durch genetische Effekte auf den PKA- und TOR-gesteuerten Netzwerkzustand reguliert, wodurch eine direkte Verbindung zwischen strukturellen Veränderungen, Signalwegen und der Regulierung des Zellzustands hergestellt wurde. Zusätzlich zu diesen detaillierten mechanistischen Erkenntnissen führte unsere Studie zu einer neuen Klassifizierung genetischer Effekte auf der Grundlage des Modells der Netzwerkzustandsregulierung. Darüber hinaus hat uns die breite Anwendbarkeit und Vorhersagekraft dieses Modells in Hefe dazu veranlasst, ähnliche Veränderungen des Netzwerkzustands in menschlichen Zellen in einem Folgeprojekt zu untersuchen.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• The impact of genomic variation on protein phosphorylation states and regulatory networks. Molecular Systems Biology, 18(5).
  Grossbach, Jan; Gillet, Ludovic; Clément‐Ziza, Mathieu; Schmalohr, Corinna L.; Schubert, Olga T.; Schütter, Maximilian; Mawer, Julia S. P.; Barnes, Christopher A.; Bludau, Isabell; Weith, Matthias; Tessarz, Peter; Graef, Martin; Aebersold, Ruedi & Beyer, Andreas
  
• Genetic effects on molecular network states explain complex traits. Molecular Systems Biology, 19(8).
  Weith, Matthias; Großbach, Jan; Clement‐Ziza, Mathieu; Gillet, Ludovic; Rodríguez‐López, María; Marguerat, Samuel; Workman, Christopher T.; Picotti, Paola; Bähler, Jürg; Aebersold, Ruedi & Beyer, Andreas
  
• The next step in Mendelian randomization. eLife, 12.
  Weith, Matthias & Beyer, Andreas