Molekularer Mechanismus des Hsp70 Chaprone Netzwerks

• Antragsteller: Professor Dr. Matthias Peter Mayer
• Fachliche Zuordnung: Biochemie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 462625623

Die molekularen Chaperone der Familie der 70 kDa Hitzeschockproteine (Hsp70) sind zentrale Komponenten des zellulären Überwachungsnetzwerk für die Qualität der Proteine. Keiner anderen Klasse von Chaperonen wurde eine vergleichbare Vielfältigkeit von Funktionen zugeschrieben. Durch ihre Funktionen in der Proteinfaltung beeinflussen Hsp70s regulatorische Signaltransduktionsprozesse und zellulare Regelkreise, mit bestimmenden Auswirkungen auf Zellhomöostase, Proliferation, Differenzierung und programmiertem Zelltod. Dadurch sind Hsp70s auch involviert in viele pathophysiologische Prozesse wie Krebs, Neurodegeneration, Entzündungen und Infektionen mit einer Vielzahl verschiedenster Pathogenen. Die Grundlage für ein derartig breites Funktionsspektrum ist die pinzettengleiche Bindung der Hsp70-Substratbindedomäne mit kurzen, degenerativen Sequenzmotiven in Klientenproteinen, die durch ihre Nukleotidbindedomäne mittels eines komplexen allosterischen Mechanismus gesteuert wird. Die zielgerichtete Interaktion der Hsp70 Chaperone mit Klientenproteinen wird durch Co-Chaperone der Familie der J-Domänprotein (JDP) bewirkt und die Lebensdauer des Hsp70-Klientenkomplexes wird durch Nukleotidaustauschfaktoren (NEF) reguliert.Das überspanende Ziel dieses Forschungsprojektes ist die Vertiefung des molekularen Verständnisses der Hsp70-Maschinerie, nicht nur als dreigliedrige Kernmaschine aus einem Hsp70, einem JDP und einem NEF, sondern deren oligomere Zustände und die komplexen Netzwerke multipler Hsp70s, JDPs und NEFs, welche möglicherweise miteinander kooperieren oder konkurrieren. Die Aufklärung der Komplexität des zellulären Hsp70-Systems und seiner Regulation wird eine bessere Grundlage für die Entwicklung von Therapeutika legen, welche die Aktivität dieser Maschinerie in einer möglichst gezielten Weise verstärken oder hemmen, um Krankheiten wie Krebs und Neurodegeneration und möglicherweise Infektionen gezielter zu bekämpfen. Die spezifischen Ziele sind (1) einen Sensor zu entwickeln für eine Hochdurchsatzdetektion der JDP-gesteuerten Bindung von Hsp70 an Aminosäuresequenzmotive; (2) die Aufklärung der funktionalen Implikationen der Oligomerisierung innerhalb des Hsp70 Systems; und (3) die Interkonnektivität des Hsp70-JDP Netzwerks des nuklear-zytoplasmatischen Kompartiments humaner Zellen zu erfassen. Um diese Ziele zu erreichen wollen wir genetische, biochemische und zellbiologische Methoden anwenden wie z.B. Mutagenese, Lumineszenz basierte Interaktionsscreens, Fluoreszenzresonanzenergietransfer, und Fluoreszenzlebensdauer-Mikroskopie.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen