Ein chemisch-biologischer Ansatz um die Funktion der Protein-Pyrophosphorylierung im Zellkern und im Nukleolus aufzuklären

• Antragstellerin: Professorin Dr. Dorothea Fiedler
• Fachliche Zuordnung: Biochemie ; Biologische und Biomimetische Chemie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 469186007

Ziel dieses Antrags ist es, die Rolle eines ungewöhnlichen zellulären Signalmechanismus – der Protein-Pyrophosphorylierung – aufzuklären. Die Pyrophosphorylierung ist eine wenig untersuchte Proteinmodifikation, von der angenommen wird, dass sie durch Inositolpyrophosphat-Botenstoffe vermittelt wird. Während die Inositolpyrophosphate mit zahlreichen wichtigen zellulären Prozessen in Verbindung stehen, bleibt die Funktion der Protein-Pyrophosphorylierung schlecht charakterisiert, da geeignete molekulare Werkzeuge und Detektionsmethoden fehlen.Wir werden einen interdisziplinären Ansatz anwenden, welcher chemische Synthese, Peptidsynthese, Protein-Semisynthese, Phospho- und Pyrophosphoproteomik, Isotopen-Labeling, Proximity-Labeling und Chromatinbiologie umfasst, um dieses unterentwickelte Feld in Gang zu setzen. Wir werden unsere Studien beginnen mit der globalen Annotation von Pyrophosphorylierungsstellen unter Anwendung einer maßgeschneiderten Massenspektrometrie (MS) -Methode. Die MS-Analyse wird auch die Dynamik dieser Stellen aufdecken und bestimmen, auf welche Stimuli diese Modifikation reagiert. Mithilfe des Proximity-Labelings im Zellkern werden wir dann untersuchen, wie die Pyrophosphorylierung als spezifisches Signal dienen kann, indem wir Proteine identifizieren, die spezifisch mit Pyrophosphoserin interagieren - sogenannte „Pyrophosphoserin-Leser“. Zuletzt werden wir herausfinden, wie die Pyrophosphorylierung die Proteinfunktion und -struktur von zwei nuklearen Proteinen verändern kann, SUB1 (aktivierter RNA-Polymerase II-Transkriptions-koaktivator p15, auch als PC4 bezeichnet) und HDAC2 (Histon Deacetylase 2). Wir werden Methoden entwickeln, um komplexe PP-Ser-haltige Peptide zu erzeugen, die dann unter Verwendung verschiedener Ligationsstrategien in SUB1 und HDAC2 eingebaut werden. Die Beleuchtung all dieser verschiedenen Aspekte der Funktion und Regulation durch Proteinpyrophosphorylierung ist wichtig, um ein möglichst vollständiges Bild auf zellulärer und letztendlich auf organisatorischer Ebene zu ermöglichen.Während die Protein-Pyrophosphorylierung bisher nicht mit bestimmten Phänotypen in Verbindung gebracht wurde, weisen unsere vorläufigen MS-Daten auf eine Rolle bei der nuklearen Signalübertragung und der nukleolaren Biologie hin. Daher wird sich unser aktueller Forschungsvorschlag auf die mutmaßliche Funktion der Pyrophosphorylierung im Zellkern konzentrieren, insbesondere bei der Regulierung der Transkription und des Chromatin-Remodeling. Indem unsere Methoden zum Nachweis und zur Charakterisierung der Pyrophosphorylierung Forschern auf verschiedenen Gebieten zugänglich gemacht werden, wird die Aufklärung der Relevanz dieser Modifikation in verschiedenen biologischen Kontexten erheblich beschleunigt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: China
• Partnerorganisation: National Natural Science Foundation of China
• Kooperationspartner: Professor Mingxuan Wu