Identifizierung des molekularen Mechanismus, durch welchen mTORC1 endolysosomale Nährstoffgewinnung reguliert

• Antragsteller: Dr. Wilhelm Palm
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 445249866

Die Aufnahme von Nährstoffen speist die energetischen und biosynthetischen Prozesse, welche allen zellulären Funktionen zu Grunde liegen. Es ist deswegen kritisch zu verstehen, wie zelluläre Nährstoffaufnahme reguliert wird, um metabolische Homöostase während Wachstum und Nährstoffmangel aufrecht zu halten, und wie deren Dysregulation die metabolischen Veränderungen menschlicher Krankheiten bewirkt. Entgegen der allgemeinen Annahme, dass Säugerzellen auf die Aufnahme freier Aminosäuren angewiesen sind, haben wir gezeigt, dass Endozytose und lysosomaler Katabolismus extrazellulärer Proteine eine alternative Aminosäurequelle darstellt. Des Weiteren haben wir für den mTORC1-Signalweg eine zentrale Funktion in der Hemmung endolysosomaler Gewinnung von Aminosäuren aus extrazellulären Proteinen identifiziert. Inhibition von mTORC1, als überraschende Konsequenz und im Gegensatz zur wachstumsunterdrückenden Wirkung unter aminosäurereichen Bedingungen, fördert das Wachstum von Zellen, welche auf Proteine als Nährstoffe angewiesen sind, in vitro und in schwach vaskularisierten Tumorregionen. Auf Grundlage dieser Befunde schlage ich hier vor, die zellulären Prozesse und molekularen Mechanismen aufzuklären, durch welche mTORC1 das endolysosomale System reguliert, um die Verwendung extrazellulärer Proteine als Nährstoffe zu unterdrücken. Konkret schlage ich drei unabhängige und komplementäre Ziele vor:Ziel 1 Aufklärung des subzellulären Prozesses, durch welchen mTORC1 den lysosomalen Katabolismus endozytierter Proteine blockiert: Wir werden Mikroskopie-Techniken einsetzen um zu bestimmen, ob mTORC1 endosomalen Transport oder proteolytische Aktivität des Lysosoms reguliert.Ziel 2 Identifizierung endolysosomaler mTORC1-Kinase-Targets: Durch Kombination von subzellulärer Fraktionierung und Proteomics werden wir das mTORC1-regulierte Phosphoproteom von Endosomen und Lysosomen bestimmen. Darauf aufbauend werden wir mTORC1-Kinase-Targets identifizieren, die mit dem endolysosomalen System assoziiert sind. Ziel 3 Funktionelle Untersuchung wie endolysosomale mTORC1-Effektoren die Verwendung extrazellulärer Proteine als Nährstoffe regulieren. Wir werden den Mechanismus bestimmen, durch welchen mTORC1 lysosomalen Katabolismus extrazellulärer Proteine unterdrückt. Um pathophysiologische Relevanz zu etablieren, werden wir untersuchen, wie endolysosomale mTORC1-Effektoren das Wachstum von Krebszellen regulieren, welche sich von extrazellulären Proteinen ernähren.Die Ergebnisse werden den subzellulären Prozess und molekularen Mechanismus aufklären, durch welchen mTORC1 den lysosomalen Katabolismus endozytierter Proteine blockiert. Die Ergebnisse werden zum Verständnis beitragen, wie Zellen in Gegenwart verschiedener Aminosäurequellen proliferieren, mit wichtigen Implikationen für die ambivalente Rolle von mTORC1 in Krebs.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen