Mechanismen von Hsp100 Chaperonen

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Axel Mogk
• Fachliche Zuordnung: Biochemie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 496815431

Bakterielle Hsp100 Chaperone sind zentrale Faktoren von Proteinqualitätskontrollsystemen. Sie bilden hexamere Ringstrukturen und translozieren Proteinsubstrate unter ATP Verbrauch durch ihren zentralen Kanal. Hsp100s kommen in zwei Varianten vor. Sie (z.B. ClpC, ClpE) assoziieren mit Peptidasen (z.B. ClpP) und bilden Proteasen, welche mißgefaltete Proteine degradieren. Andere Hsp100s (z.B. ClpB, ClpG) fungieren als Disaggregasen, welche aggregierte Proteine reaktivieren. ATPase- und Translokationsaktivitäten von Hsp100s werden genau kontrolliert, um die Zelle vor schädlichen Entfaltungsreaktionen zu schützen. Dies wird durch Partnerproteine gewährleistet, welche Hsp100s zu Substraten dirigieren und gleichzeitig deren ATPase-Aktivität stimulieren. Wir haben zuvor die Regulation der partner-abhängigen ClpB und ClpC Chaperone bestimmt. M-Domänen (MDs) fungieren als molekulare Schalter und reprimieren ClpB/ClpC Aktivitäten bei Abwesenheit der Partner. Gleichzeitig ermöglichen MDs die Hsp100 Aktivierung, da sie als Bindestelle für Partner dienen.In der vorherigen Förderperiode identifizierten wir ClpG, ClpL und ClpE als partner-unabhängige Hsp100 Chaperone. Dies wirft die Frage auf, wie deren Aktivitäten reguliert werden. Wir zeigen, dass diese Hsp100s große Komplexe, welche aus einzelnen Ringen bestehen, ausbilden. Interaktionen zwischen den Ringen werden durch MDs vermittelt. MD Mutanten, welche nur noch Hexamere ausbilden, sind toxisch in vivo, während Mutanten, welche die Ausbildung großer Komplexe verstärken, eine geringere Aktivität aufweisen. Dies unterstreicht die physiologische Relevanz der Hsp100 Komplexe und weist auf eine neuartige Regulation hin. Wir planen:- Bestimmung der Dynamik der Interaktionen zwischen Hsp100 Ringen und der Auswirkungen von Stabilisierung bzw. Destabilisierung der Komplexe- Analyse der Modulierung der Komplexausbildung durch Substratproteine- Bestimmung der Organisation von Hsp100 Ringkomplexen mittels Cryo-EM TomographieWir konnten weiterhin ClpG und ClpL als eigenständige Disaggregasen identifizieren. Diese vermitteln in Gram-negativen (ClpG) und Gram-positiven Bakterien (ClpL) eine erhöhte Resistenz gegenüber hitzebasierten Sterilisationsmethoden, welche in Nahrungsmittelindustrie und Kliniken angewendet werden. ClpG und ClpL binden effizient aggregierte, nicht jedoch lösliche mißgefaltete Proteine. Dies ermöglicht funktionelle Spezifität und schützt naszierende Polypeptidketten vor den Disaggregasen. Die Substratselektivität von ClpG und ClpL wird durch spezifische N-terminale Domänen (NDs) vermittelt. Wie planen:- Bestimmung der Struktur aggregatbindender NDs von ClpL und ClpG und deren Substratbindestellen- Bestimmung wie viele NDs in einem Hsp100 Ring notwendig sind, um hohe Selektivität für Aggregate zu erlangen- Analyse der Interaktion der Disaggregasen mit sHsp Chaperonen, welche Proteinaggregation organisieren- Erhöhung der Hitzeresistenz höherer Eukaryoten durch clpG und clpL Expression

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Schweden
• Kooperationspartnerin: Dr. Marta Carroni, Ph.D.