Regulation der Proteinhomöostase in aneuploiden Krebszellen

• Antragsteller: Dr. Prince Saforo Amponsah
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie ; Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung ; Biochemie
• Förderung: Förderung von 2022 bis 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 510268075

• Erstellungsjahr: 2024

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Ein abweichender Chromosomengehalt, die sogenannte Aneuploidie, hat tiefgreifende Auswirkungen auf die Zellphysiologie. Der Chromosomenzuwachs, Polysomie genannt, stört die zelluläre Proteostase aufgrund der Überexpression zahlreicher Proteine. Konstitutiv polysomische menschliche Zellen weisen ein Ungleichgewicht des Proteoms auf, zeigen eine fehlerhafte Proteinfaltung und akkumulieren Proteinaggregate, die positiv für den Autophagie- Rezeptor Sequestosom 1 (SQSTM1 oder p62) sind. Ich fand heraus, dass die Häufigkeit des p62-Proteins und der p62-positiven Aggregate mit dem Grad des proteotoxischen Stresses (d. h. der Anzahl der überschüssigen proteinkodierenden Gene) skaliert und mit einer erhöhten Proteinaggregation korreliert. Die systematische Erstellung eines Profils der p62-Interaktoren, getrennt durch Immunpräzipitation und APEX2-abhängige Biotinylierung im Zytosol, gefolgt von Massenspektrometrie, ergab, dass mitochondriale Proteine die vorherrschenden zytosolischen Interaktoren von p62 in polysomischen Zellen sind. Gleichzeitig beherbergen polysomische Zellen im Vergleich zu den elterlichen Disomen perinukleär geclusterte Mitochondrien, die signifikante Defekte aufweisen, einschließlich eines reduzierten Imports von Vorläuferproteinen. Insgesamt deuten die Daten darauf hin, dass proteotoxischer Stress, der durch Chromosomengewinn ausgelöst wird, die mitochondrialen Funktionen beeinträchtigt und zur Sequestrierung mitochondrialer Vorläuferproteine in zytosolischen p62-positiven Proteinaggregaten führt. Interessanterweise ergab die Erstellung eines Proximity-Profils der mit p62 assoziierten Kandidaten im autophagosomalen Lumen in polysomalen Zellen, dass die mitochondrialen Proteine, die mit p62 im Zytosol angereichert sind, nicht durch p62 über Autophagie entfernt werden. Diese Arbeit gibt neue Einblicke in die Folgen der Aneuploidie und stellt ein neuartiges, physiologisch relevantes Modellsystem dar, um den Zusammenhang zwischen einem Ungleichgewicht der zytosolischen Proteine, chronischem proteotoxischem Stress und mitochondrialer Homöostase zu untersuchen.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Sublinear scaling of the cellular proteome with ploidy. Nature Communications, 13(1).
  Yahya, G.; Menges, P.; Amponsah, P. S.; Ngandiri, D. A.; Schulz, D.; Wallek, A.; Kulak, N.; Mann, M.; Cramer, P.; Savage, V.; Räschle, M. & Storchova, Z.
  
• Aneuploidy-induced proteostasis disruption impairs mitochondrial functions and mediates aggregation of mitochondrial precursor proteins through SQSTM1/p62. openRxiv.
  Amponsah, Prince Saforo; Bökenkamp, Jan-Eric; Lenhard, Svenja; Behrends, Christian; Herrmann, Johannes Martin; Räschle, Markus & Storchová, Zuzana
  
• How do genome abnormalities impact mitochondrial homeostasis?. BIOspektrum, 31(1), 23-25.
  Kurpa, Olha & Amponsah, Prince Saforo
  
• The proteostasis burden of aneuploidy. Biological Chemistry, 406(5-7), 331-343.
  Amponsah, Prince Saforo & Storchová, Zuzana