Entschlüsselung der Regulation der MuRF1-Aktivität, einem zentralen Faktor einer dynamischen Maschinerie für die Atrophie von Skelettmuskulatur.

• Antragsteller: Professor Dr. Jens Fielitz; Professor Dr. Thomas Sommer
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie ; Biochemie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 495189339

Der Verlust von Skelettmuskulatur auf Grund reduzierter körperlicher Aktivität, Unterernährung oder anderer Faktoren ist eine Bedrohung für die Gesundheit von kranken und älteren Menschen. Eine Verringerung des Muskelschwunds sollte daher die Morbidität und Sterblichkeit von Patienten verringern. Während des Muskelschwunds, auch Muskelatrophie genannt, wird das Sarkomer, eine hoch-geordnete, funktionelle Struktur in den Myofasern, abgebaut, und an diesem Prozess ist das Ubiquitin-Proteasom-System (UPS) beteiligt. Tatsächlich wurden zwei mutmaßliche Komponenten des UPS identifiziert, der "Muscle RING Finger 1" (MuRF1; kodiert von Trim63) und Atrogin-1 (kodiert von Fbxo32), die beide ausschließlich in Muskelzellen exprimiert werden und für die beide gezeigt wurde, dass sie für den atrophischen Prozess erforderlich sind. Dennoch ist relativ wenig über die zelluläre Funktion von MuRF1 und Atrogin-1 und ihre molekularen Aktivitäten während des Muskelschwunds bekannt. In einer aktuellen Arbeit haben wir MuRF1 als Bestandteil einer Cullin-Typ Ubiquitin-Ligase identifiziert. Diese Multienzym-Proteinkomplexe sind um ein Cullin-Gerüstprotein aufgebaut, das unterschiedliche Kombinationen von Substratrekrutierungsfaktoren und ein RING-Protein bindet. Aufgrund ihres modularen Charakters können Cullin-Typ Ubiquitinligasen die Ubiquitinierung sehr unterschiedlicher Ziel-Proteine vermitteln und durch den Austausch einzelner Substratbindungs-Untereinheiten ihre Aktivität an veränderte Anforderungen anpassen. Verschiedene Hochdurchsatz-Ansätze führten zur Identifizierung mutmaßlicher MuRF1-Substrate wie Myosin heavy chain (MyHC), Myosin light chain 2, Titin, Muskel-spezifische Kreatinkinase und Glucocorticoid-Modulationselement-Bindungsprotein-1, aber es ist unklar, ob MuRF1 an der Ubiquitinierung dieser Proteine beteiligt ist. Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es, die Funktion von MuRF1 bei Skelettmuskelatrophie besser zu charakterisieren. Wir werden bereits verfügbare Daten aus Transkriptom- und Proteom-Hochdurchsatzanalysen auswerten, um die Regulation von MuRF1 und bekannten Partnerproteinen während der Atrophie zu untersuchen und neue Interaktionsfaktoren sowie Substratproteine zu identifizieren. Wir wollen dann mit biochemischen Methoden die Funktion dieser Proteine in Zellkultur analysieren. Die Aktivität und Regulation ausgewählter Kandidaten wird dann in Tierexperimenten für Muskelatrophie erforscht. Schließlich planen wir, MuRF1-haltige Proteinkomplexe mit gereinigten Komponenten zu rekonstituieren und deren Ubiquitinierungsaktivität in vitro zu bestimmen. Die biologische Relevanz unserer Ergebnisse wird dann in Patientenmaterial überprüft. Diese Arbeit sollte tiefere Einblicke in die molekularen Aktivitäten von MuRF1 und seinen Partnerproteinen während der Atrophie von Skelettmuskeln geben und mögliche neue Ansatzpunkte für klinische Interventionen liefern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen