Molekulare Regeln der evolutionären Diversifikation des Intraflagellaren Transports

• Antragstellerin: Dr. Zeynep Ökten
• Fachliche Zuordnung: Biochemie ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 520475795

Zilien (oder Flagellen) sind weitverbreitete Organellen, die sich auf der Oberfläche der meisten eukaryontischen Zellen, einschließlich der Zellen im menschlichen Körper, befinden. Nahezu alle Zilien benötigen für ihren Aufbau den nicht-membrangebundenen IntraFlagellar-Transport (IFT). IFT ist ein kontinuierlicher Transport von Zilienbausteinen auf sogenannten IFT-Zügen, die von Kinesin-2 sowie Dynein-2 Motoren angetrieben werden. Ein besonderes Merkmal des IFT ist die präzise räumliche und zeitliche Regulation der entgegengesetzten Motoren an der Zilienbasis und -spitze. Die neusten Erkenntnisse legen nahe, dass der hierarchische Aufbau der IFT-Züge die strikte Regulation erzwingt. Beginnend mit dem sogenannten IFT-B-Komplex, werden an der Zilienbasis Megadalton große IFT-Züge aufgebaut. IFT-B-Komplex bildet das Rückgrat, auf das der IFT-A-Komplex und Dynein-2 'geladen' werden. Schließlich wird der Kinesin-2-Motor rekrutiert, um die Züge zur Zilienspitze zu bewegen. Während die IFT Komplexe mit den Motoraktivitäten in vivo in Verbindung gebracht wurden, sind ihre spezifischen Beiträge zur Regulierung weitgehend unbekannt. Es wurde auch deutlich, dass die Zusammensetzung der Komplexe artspezifisch und unterschiedlich ist, und die Frage aufwirft, wie verschiedene Organismen die jeweiligen IFT-Untereinheiten einsetzen, um die geordneten Schritte des IFT-Prozesses in vivo zu orchestrieren. In diesem Antrag vergleichen wir die Chromalveolaten Tetrahymena thermophila und Thalassiosira pseudonana. Obwohl sie zur selben evolutionären Supergruppe gehören, setzen sie eine erstaunlich variierende Anzahl von IFT Proteinen und Kinesin-2-Motoren ein, bauen aber im Wesentlichen dieselbe zelluläre Ultrastruktur, ein bewegliches Zilium. T. pseudonana ist von besonderem Interesse, da es die meisten IFT Proteine verloren hat, dennoch die Fähigkeit beibehalten hat, den IFT-Prozess mit nur einem Teil des IFT-B-Komplexes zu regulieren. Dieses "minimale" IFT-Modell wird daher die Grenzen der funktionellen Flexibilität aufzeigen, die in einer bestimmten Gruppe von Proteinen kodiert werden kann, um komplexe biologische Funktionen zustande zu bringen. T. thermophila hingegen besitzt ein komplettes Set von IFT Proteinen. Unsere vorläufigen Daten zeigen, dass die "minimale" T. pseudonana- und die "herkömmliche" T. thermophila Modelle sich nicht nur in der Anzahl der Kinesin-2-Orthologe unterscheiden, sondern dass diese auch sehr unterschiedliche kinetische Eigenschaften besitzen. Letzteres impliziert, dass die Motoren unterschiedliche regulatorische Anforderungen mit sich bringen, die artspezifisch gelöst werden müssen, um der strikten Abfolge der IFT-Schritte zu gehorchen. Die Aufklärung der mechanistischen Anforderungen des IFT-Prozesses in den "minimalen" T. pseudonana- bzw. "herkömmlichen" T. thermophila Modellen, wird der erste Schritt sein, um aus artspezifisch eingesetzten IFT Proteinen und Kinesin-2 Motoren molekulare Regeln für den Transport abzuleiten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen