Der Weg zum molekularen Mechanismus der Membranspaltung durch die ESCRT-III/Vps4-Maschine

• Antragsteller: Dr. Joachim Moser von Filseck
• Fachliche Zuordnung: Biochemie ; Biophysik ; Strukturbiologie ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 465120651

Zur Aufrechterhaltung der zellulären Homöostase ihrer sub-Kompartimente benötigen eukaryotische Zellen vesikuläre Transportwege, sowie Proteinmaschinen, die den dafür nötigen Membranumbau ermöglichen. Die ESCRT-III/Vps4-Maschine ermöglicht solche Membranumbauten mit einem evolutionär sehr alten Mechanismus, der potenziell in allen drei Domänen des Lebens erhalten ist. Wie genau die Maschine dies tut ist weiterhin unklar. Um die verbleibenden Fragen zu diesem molekularen Funktionsmechanismus zu klären schlage ich folgende, komplementäre Experimente vor: Ich möchte die Strukturdetails von isolierten ESCRT-III-Polymerfilamente mit cryo-Elektronenmikroskopie studieren um die Rolle der Zusammensetzung und Stöchiometrie ihrer Untereinheiten zu identifizieren. Als nächstes möchte ich mit cryo-Elektronentomografie die isolierten Filamente mit Filamenten vergleichen, die auf Lipid-Vesikeln gebunden sind, um das Wechselspiel zwischen Filament- und Membranzusammensetzung und -eigenschaften zu verstehen. Letztlich möchte ich diese in vitro-Rekonstitutionen mit Hilfe der zellulären cryo-Elektronentomografie mit der pathophysiologischen ESCRT-III/Vps4-Aktivität in Zellen im Kontext der viralen Knospung vergleichen. Dies ermöglicht die Beantwortung der wichtigen Frage ob große ESCRT-III-Aggregate für ihre physiologische Funktion benötigt werden und wie diese dort funktionieren. Die Ergebnisse dieser Experimente dienen dann als Basis für die theoretische Beschreibung und Simulationen der molekularen Dynamik, die deren Bedeutung für den Membranumbau bestätigen. Diese Herangehensweise erlaubt es uns mechanistische Details jedweden Membranumbaus in der Zelle zu verstehen. Die unmittelbaren Fragen sind eine Herausforderung und erfordern eine breite strategische Aufstellung, denn nur mit dem Verständnis der Biochemie und der Biophysik der Protein und der Lipide, mit Strukturdetails, und ergänzt durch theoretische und Modellierungs-Denkansätze, lassen sich diese Fragen angemessen beantworten.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen
• Internationaler Bezug: Schweiz
• Kooperationspartner: Professor Dr. Stefano Vanni