Funktionelle Spezifikation von HSP70 durch Co-Chaperone der J-Domänen Proteinfamilie

• Antragsteller: Professor Dr. Bernd Bukau
• Fachliche Zuordnung: Biochemie ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 504257241

Die Mitglieder der heat shock protein 70 (HSP70) Familie sind ATP-abhängige molekulare Chaperone, die als “hub” in der zellulären Protein-Homöostase fungieren. Sie helfen Proteinen, ihre dreidimensionale Konformation zu erlangen und zu erhalten, Proteinaggregate aufzulösen oder fehlgefaltete Proteine durch Degradationswege abzubauen. Die Hydrolyse von ATP bewirkt die Bindung von Substraten durch Hsp70 und stellt damit den kritischen Schritt zur Initiation des funktionellen Chaperonzyklus dar. Sie wird allosterisch durch sowohl die Bindung von Substraten als auch die Aktivität von Co-Chaperonen der J-Domänen-Proteine (JDPs), auch als Hsp40 bezeichnet, bewirkt. Die JDPs bilden eine große Proteinfamilie (>40 Mitglieder in humanen Zellen), denen eine konservierte J-Domäne gemeinsam ist, die die Hydrolyse von ATP durch Hsp70 stimuliert. Dies geschieht über eine distale Interaktion mit dem Linker, der die Hsp70 Nukleotidbindedomäne mit der Substratbindedomäne verbindet. Klasse A und B JDPs teilen eine gemeinsame Architektur, mit einer N-terminalen J-Domäne, einem ungeordneten GF-reichen Linker, 2 C-terminalen Substratbindedomänen (CTDs) und einer Dimerisierungsdomäne. Das differenzierende Charakteristikum ist die Zusammensetzung des GF-Linkers, der im Fall der Klasse A JDPs um eine Zinkfingerdomäne erweitert ist. Trotz der hohen Strukturähnlichkeit sind Klasse A und B JDPs an unterschiedlichen zellulären Aktivitäten beteiligt: Klasse A JDPs interagieren primär mit monomeren missgefalteten Proteinen oder kleinen Oligomeren, während Klasse B JDPs vom Typ I (DNAJB1/4) und Typ II (DNAJB6/8) präferentiell mit oligomeren Spezies und größeren Aggregaten interagieren.Trotz der Erforschung der Hsp70 Chaperonmaschinerie über 3 Jahrzehnte sind die Funktionen und Diversität der Familie der JDP Co-Chaperone mechanistisch unverstanden. In den letzten Jahren sind die JDPs als potentielles therapeutisches Target zum selektiven Tuning spezifischer Hsp70 Aktivitäten in den Vordergrund gelangt. Wir planen eine umfangreiche Analyse der JDP-vermittelten Rekrutierung des humanen Hsp70 durch zelluläre Substrate, um damit die folgende Frage zu beantworten: wie können Klasse A und B JDPs Hsp70 Chaperone für die vielen verschiedenen Faltungsprozesse aktivieren?Unsere spezifischen Ziele sind: 1/ Aufklärung der biochemischen Eigenschaften, welche die unterschiedlichen Substratspezifitäten der JDP Klassen und ihrer Mitglieder bewirken, 2/ Identifizierung des Triggers für die Aktivierung und Unterschiede in den regulatorischen Schaltern in der Klasse B der JDPs, 3/ Charakterisierung der Mechanismen, welche die Assemblierung von Hsp70 Komplexen für verschiedene zelluläre Aktivitäten bewirken, 4/ Analyse des Wechselspiels zwischen JDP Klassen beim Tuning der Hsp70 Funktionen.Insgesamt wird das geplante Projekt komplementäre Datensätze generieren, welche kombiniert zu einem molekularen Verständnis der JDP-vermittelten Stimulierung der Hsp70 Chaperonaktivität führen wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen