Identifizierung und Untersuchung von N-Degron Abbauwegen durch quantitative Proteomik

• Antragstellerin: Dr. Tanja Bange
• Fachliche Zuordnung: Biochemie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 504140321

Der regulierte Proteinabbau steuert die Menge aller kurzlebigen Proteine, um die zelluläre Homöostase zu gewährleisten und die Zellen vor der Anhäufung abnormaler Proteine zu schützen. Ein gestörter Abbau verursacht zahlreiche pathologische Prozesse, wie zum Beispiel neurodegenerativen Erkrankungen oder Krebs. Die Identifizierung und Untersuchung der Proteinabbauwege sind daher von entscheidender Bedeutung. Dieser Antrag zielt darauf ab, eine Untergruppe von Proteinabbauwegen, die N-Degron Abbauwege, zu untersuchen, bei denen N-Termini von Proteinen als Abbausignal erkannt werden. Die wichtigsten Akteure sind N-Rekognine, sprich E3 Ligasen, die die N-Degrons erkennen und die Proteine für den proteasomalen Abbau markieren. Bislang wurden vier N-Degron-Abbauwege beschrieben.Wir haben einen Peptide-Pull-down Ansatz in Kombination mit quantitativer Massenspektrometrie entwickelt, um N-Degrons und ihre N-Rekognine zu identifizieren. Mit diesem Ansatz haben wir ein neues N-degron, das mit Alanin (A) beginnt, und seine entsprechenden N-Recognine, die sogenannten IAPs (Inhibitor of Apoptosis Proteine), die für ihre Beteiligung an Apoptose bekannt sind, identifiziert. Es werden nur Proteine mit A erkannt, die normalerweise in Zellen durch NatA (N-terminale (Nt-) Azetyltransferase A) eine Nt-Azetylierung erhalten. Dies bedeutet, dass das N-Degron durch die Azetylierung maskiert ist und erst bei einer Störung der Nt-Azetylierung freigelegt wird. Diese Ergebnisse haben grundlegende neue Erkenntnisse für verschiedene Forschungsbereiche gebracht (Nt-Prozessierungs-, N-Degron- und IAP-feld).Hypothese: Auf Grundlage der jüngsten Literatur und meiner vorläufigen Daten, stelle ich die Hypothese auf, dass mehr E3 Ligasen als N-Rekognine in N-Degron Abbauwegen agieren als bisher bekannt. Bisherige Studien haben sich auf die Rolle der Start-AS auf die Proteinstabilität konzentriert und nicht auf die Identifizierung der beteiligten N-Rekognine. Ich habe gezeigt, dass unser Ansatz in der Lage ist, diese E3-Ligasen zu identifizieren und schlage vor, diesen Ansatz systematisch anzuwenden, um unser Bild von den N-Degron Abbauwegen zu erweitern.Hauptziel: Dieses Projekt zielt darauf ab, die Identität und Funktion von N-Degron Abbauwegen zu entschlüsseln. Wir werden unser Ziel durch zwei Unterziele erreichen:1) Identifizierung von N-Rekognin Kandidaten im mittleren Durchsatz unter Verwendung aller 20 AS mit Hilfe von Peptid-Pull-downs in Kombination mit quantitativer Massenspektrometrie.2) Validierung und Charakterisierung der in Ziel 1 identifizierten Kandidaten und N-Degron Abbauwege durch biochemische und zelluläre Assays.Perspektive: Ein systematisches Screening nach N-Rekogninen und deren Charakterisierung wurde bisher nicht durchgeführt. Die Ergebnisse werden neuartig und von großer Bedeutung für verschiedene Forschungsbereiche (Nt-Verarbeitung, Nt-Azetylierung Qualitätskontrolle und Stabilität von Proteinen, Zuweisung einer neuen Funktion für E3-Ligasen) sein.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen