Erkennung und Entfernung von Organellschäden an der Membrane des Endoplasmatischen Retikulums

• Antragsteller: Professor Dr. Sebastian Schuck
• Fachliche Zuordnung: Biochemie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 455429207

Zellen nutzen zahlreiche Qualitätskontrollmechanismen, um die Integrität ihrer Organellen sicherzustellen. Verglichen mit Qualitätskontrolle im Zytosol stellt die Qualitätskontrolle membranumschlossener Organellen eine besondere Herausforderung dar. Organellmembranen behindern das Erkennen und Entfernen beschädigter Proteine, müssen aber jederzeit intakt bleiben. Das Endoplasmatische Retikulum (ER) ist zentral für die Faltung neusynthetisierter Proteine und daher anfällig für Proteinfehlfaltung. Unsere vorhergehenden Arbeiten befassten sich mit zwei verwandten Qualitätskontrollmechanismen in der Bäckerhefe, die durch ER-Stress aktiviert werden. Zum einen konnten wir zeigen, dass sich im Zuge selektiver Mikroautophagie des ERs (Mikro-ER-phagie) multilamellare ER whorls bilden, die in Lysosomen abgebaut werden und so beschädigtes ER entsorgen können. Wir konnten weiter zeigen, dass Mikro-ER-phagie ESCRT-Proteine benötigt, weil sie die Abschnürung der Lysosomenmembran und damit den letzten Schritt von Mikroautophagie vermitteln. Wir haben außerdem beobachtet, dass die kontrollierte Aufnahme von Proteinen in ER whorls wahrscheinlich wesentlich für die Selektivität von Mikro-ER-phagie ist. Zum zweiten haben wir entdeckt, dass ER-Stress eine auffällige Anreicherung von ESCRT-Proteinen an morphologisch abnormalen ER-Subdomänen auslöst. Wir nennen dieses Phänomen REMED (Recruitment of ESCRT Machinery to sites of ER Damage). Unsere Arbeitshypothese ist, dass REMED beschädigte ER-Membran repariert und mit Mikro-ER-phagie zusammenwirkt. Gegenstand dieses Forschungsvorhabens sind die molekularen Mechanismen von Mikro-ER-phagie und REMED sowie ihr Zusammenspiel. Wir schlagen vor, (1) durch proteomische Ansätze die Proteinzusammensetzung von ER whorls und so die Selektivität von Mikro-ER-phagie zu bestimmen, (2) durch genetische Screens und zellbiologische Experimente in Hefe den Mechanismus von REMED aufzuklären und zu untersuchen, ob REMED in humanen Zellen existiert und (3) durch genetische Interaktionsstudien und funktionelle Assays in Hefe die physiologischen Rollen von Mikro-ER-phagie und REMED zu erforschen. Unser Vorhaben verspricht neue Einblicke in die Erkennung und Entfernung von Schäden am ER. Die Manipulation von ER-Qualitätskontrolle ist eine vielversprechende Herangehensweise für die Bekämpfung von Krankheiten und unser Vorhaben hat das Potenzial, neue therapeutische Ansätze aufzuzeigen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen