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 ATP-abhängigen 70-kDa-Hitzeschockproteine (Hsp70) sind das zentrale Koordinations-zentrum des zellulären Proteinqualitätskontrollsystems. Sie sind an einer Vielzahl von Proteinfaltungsprozessen beteiligt. Die Vielseitigkeit von Hsp70 beruht auf der transienten Bindung ihrer Substratbindungsdomäne (SBD) an kurze degenerative Sequenzmotive, die in praktisch allen Proteinen zu finden sind, auf der allosterischen Regulation der Substratbindung durch ATP-Bindung und Hydrolyse in ihrer Nukleotidbindedomäne (NBD), auf der Unterstützung durch J-Domänenproteine (JDPs), die Hsp70s zu ihren Proteinsubstraten leiten, und Nukleotidaustauschfaktoren (NEFs), welche die Lebensdauer von Hsp70-Substrat-Komplexen regu¬lieren, sowie auf der Zusammenarbeit mit anderen Chaperonen wie den kleinen Hitzeschockproteinen, den Hsp90- und Hsp100-Chaperonen.Die Schlüsselfragen, welche wir in diesem Projekt adressieren sind: Warum haben Hsp70s eine Tendenz, im ADP-gebundenen Zustand zu oligomerisieren und welche Struktur hat dieser oligomere Komplex? Warum bildet eine Subpopulation von Hsp70 im ATP-gebundenen Zustand Dimere? Warum sind so viele generelle JDPs Dimere? Warum gibt es mindestens fünf verschiedene Bona-fide-Hsp70 im Zytosol der Zellen des Menschen und wie leiten die 30 JDPs im Zytosol die richtigen Hsp70s zu den richtigen Zielen? In der letzte Förderperiode zeigten wir, dass Hsc70 des Menschen oligomerisiert, indem die SBD eines Hsc70 an den Interdomänlinker eines zweiten Hsc70 wie ein Substrat bindet und identifizierten Hsc70-Vari-anten mit unterschiedlicher Oligomerisierungsneigung. Interessanterweise haben Hsc70 Varianten mit höherer Oligomerisierungsneigung eine höhere Chaperonaktivität haben, was darauf hinweist, dass Oligomerisierung keine Speicherform des Hsc70s sondern funktional relevant ist. Wir wollen jetzt nach biochemischer Evidenz für eine Oligomerisierung von substratgebundenem Hsc70 suchen, um die These zu erhärten, dass Oligomerisierung der Erhöhung der entropiegetriebenen Zugkraft von Hsc70 dient. Durch die Verwendung eines von uns neuentwickelten Interaktionsassays konnten wir das Interaktionsnetzwerk aller JDPs und aller bona fide Hsp70s des Menschen vermessen. Jetzt wollen wir die aus unseren Daten abgeleiteten Sequenzvoraussetzungen für die JDP-Spezifität verifizieren. Durch die Verwendung monomerer und heterodimerer Varianten des Escherichia coli JDPs DnaJ konnten wir zeigen, dass Dimerisierung vorteilhaft aber nicht absolut essentiell für das Überleben bei erhöhter Temperatur, die Fähigkeit zu Schwimmen und die Rückfaltung eines denaturierten Modellproteins ist. Jetzt wollen wir überprüfen, ob oligomere Substrate absolut auf den Dimeren Zustand des JDPs angewiesen sind.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen