Aufdeckung der Rolle der kleinen intrazellulären Schleife in Tetraspaninen am Beispiel von CD9

• Antragsteller: Professor Dr. Thorsten Lang
• Fachliche Zuordnung: Biochemie ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 523941852

Tetraspanine sind kleine Membranproteine, die eine Rolle in der Evolution beim Übergang von Ein- zu Vielzellern gespielt haben und in allen Metazoen exprimiert werden. Sie sind an einer Vielzahl unterschiedlicher zellulärer Prozesse und Krankheiten beteiligt, indem sie Komplexe eingehen mit Mitgliedern der Immunglobulin-Superfamilie, Proteasen, Integrinen und weiteren Rezeptoren, die sie in Mikrodomänen (sog. TEMs; tetraspanin enriched microdomains) organisieren. Wie die Komplexe die Funktion regulieren ist unklar. Möglicherweise stabilisieren Tetraspanine ihre Interaktionpartner, unterstützen sie bei der Faltung, dirigieren sie in das richtige Organell, regulieren ihre Funktion durch die Anordnung in TEMs, oder vermitteln Membrankrümmung. Die Vielfalt ihrer Beteiligungen und die Tatsache, dass ein Tetraspanin je nach Zelltyp gegenteilige Effekte bei einem zellulären Prozesse bewirken kann, erschwert das Verständnis ihrer generellen Funktionsweise. Voraussetzung für ein stimmiges Gesamtbild könnten neue, erst noch zu entdeckende Eigenschaften sein. Der Antrag beschäftigt sich mit der Aufklärung der Funktion eines bisher noch kaum erforschten Proteinsegments, und zwar der kleinen intrazellulären Schleife. Eine Studie suggeriert, dass sie Wechselwirkungen vermittelt, möglicherweise über funktionelle Interaktionen mit dem intrazellulären Membranblatt. Wir haben in der Schleife eine konservierte Sequenz aus fünf Aminosäuren identifiziert, die ein Glutamat enthält, das in der Kristallstruktur des Tetraspanins CD9 eine Salzbrücke mit einem Lysin im N-Terminus bildet. Ohne Salzbrücke ist die TEM-Assoziation von CD9 mit seinem Interaktionspartner EWI-2 erhöht. Auch in anderen Tetraspaninen spielt die Salzbrücke eine Rolle. Zwei grundsätzliche Fragen sollen untersucht werden: 1. Weshalb assoziiert die Mutante ohne Salzbrücke stärker mit EWI-2? Durch eine höhere Affinität zwischen CD9 und EWI-2, stärkere Vernetzung unter Tetraspaninen, oder Palmitoylierung? Wie bildet sich eine stärkere CD9-EWI-2-Assoziation, detektiert mit biochemischen Methoden, auf der Ebene der lateralen Organisation der Proteine ab? Wie sehen TEMs eigentlich aus, welche Parameter definieren ihre Nanoarchitektur? 2. Drei positive Ladungen am N-Terminus von CD9, wovon eine die Salzbrücke ausbildet, sind prädestiniert dafür mit Phosphoinositid-Signallipiden zu interagieren. Für den CD9 Interaktionspartner EWI-2 wurde diese Art der Wechselwirkung bereits gezeigt. Die Vernetzung von CD9 und EWI-2 in TEMs erfolgt daher möglicherweise über Phosphoinositid-Domänen, vieleicht wird sie sogar über die Salzbrücke und Ca2+ reguliert. Eine direkte Verbindung zwischen Tetraspaninen und sekundären Botenstoffe wäre sehr spannend und würde stark zum Verständnis der generellen Funktionsweise dieser Proteinfamilie beitragen. Weil die Schleife nicht nur das Verhalten von CD9 bestimmt erwarten wir uns Erkenntnisse, die generel wichtige Einblicke in diese noch rätselhafte Proteinfamilie liefern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen