Strukturelle Einblicke in den eukaryotischen General Amino Acid Control Pathway

• Antragsteller: Professor Dr. Daniel Nicodemus Wilson
• Fachliche Zuordnung: Strukturbiologie ; Biochemie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 468673669

Alle lebenden Zellen müssen sich schnell und effizient an eine Vielzahl von unterschiedlichen Umweltbelastungen anpassen, um zu überleben. Entscheidend für diese Anpassung ist die integrierte Stress Response (ISR), ein zentrales Signalnetzwerk, das es Zellen ermöglicht, die zelluläre Homöostase aufrechtzuerhalten oder in die Apoptose überzugehen. In Metazoen umfasst die ISR vier verschiedene Kinasen, die jeweils Serin 51 (Ser51) der Alpha-Untereinheit des eukaryotischen Initiationsfaktors 2 (eIF2) phosphorylieren. In Hefe- und Säugetierzellen moduliert die Ur-Kinase Gcn2 (general control nonderepressible-2) die Reaktion auf Nährstoffentzug. Bei Säugetieren ist Gcn2 wichtig für die Bildung des Langzeitgedächtnisses, das Fütterungsverhalten und die Regulation des Immunsystems und wurde auch mit verschiedenen Krankheiten in Verbindung gebracht, darunter neurologische Störungen (wie Alzheimer), Krebs sowie virale Infektionen. Das vorherrschende Modell für die Gcn2-Aktivierung während des Nährstoffmangels ist, dass Gcn2 Ribosomen erkennt und bindet, die während der Translation aufgrund der Anhäufung von ungeladenen (deacylierten) tRNAs, die an die ribosomale A-Seite binden, ins Stocken geraten sind. Die Aktivierung von Gcn2 erfordert unbedingt seinen Co-Aktivator Gcn1, ein großes Protein (2.672 Aminosäuren oder 297 kDa in Hefe), das von der Hefe bis zum Menschen konserviert ist. Trotz der hohen Konservierung und Bedeutung des Gcn-pathway für die ISR sowie jahrzehntelanger Forschung an den Gcn-Proteinen fehlte bisher eine strukturelle Grundlage für deren Wirkmechanismus am Ribosom. In diesem Antrag planen wir die Bestimmung von Kryo-EM-Strukturen von nativen Gcn1-Gcn2-Ribosomenkomplexen unter Verwendung von Stämmen, die endogen markierte Proteine tragen, gekoppelt mit Affinitätschromatographie. Diese Strukturen werden dringend benötigte Erkenntnisse darüber liefern, wie Gcn1 festgefahrene Ribosomen überwacht und erkennt sowie Gcn2 rekrutiert und aktiviert, um die nachgeschaltete ISR auszulösen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen