Sauerstoff-abhängige Bildung stabiler Proteinoligomere (Oxomere) – eine neue Signaltransduktion der Sauerstoff-abhängigen (Patho-)Physiologie

• Antragsteller: Professor Dr. Carsten Scholz
• Fachliche Zuordnung: Anatomie und Physiologie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 528713131

Sauerstoffmangel (Hypoxie) tritt unter (patho-)physiologischen Bedingungen auf, wie z.B. Sport, Entzündung und Fibrose. Menschliche Zellen sind in der Lage sich mittels Sensoren an Hypoxie anzupassen. Die wichtigsten Sauerstoffsensoren sind die prolyl-4-hydroxylase domain (PHD) Proteine 1-3 und factor inhibiting HIF (FIH). PHD1-3 und FIH hydroxylieren hypoxia-inducible factor (HIF) α Untereinheiten, wodurch die HIF-α Halbwertszeit reduziert (PHDs) bzw. die HIF-Transaktivierungsaktivität (FIH) moduliert wird. Es gibt Hinweise, dass die PHDs und FIH auch eine Bedeutung für die Sauerstoff-abhängige (Patho-)Physiologie außerhalb des HIF-Weges haben, doch die zugrunde liegenden Mechanismen sind weitgehend unklar. Vor Kurzem wurden sechs pharmakologische HIF-Hydroxylaseinhibitoren (HI) für die Behandlung von Patienten mit renaler Anämie zugelassen. Diese Inhibitoren könnten zukünftig auch für den Gewebeschutz bei Hypoxie-assoziierten Erkrankungen eingesetzt werden. Allerdings ist der Mechanismus des Gewebeschutzes unklar, wodurch die Translation in die Klinik verhindert wird. Daher ist es äußerst wichtig unser Verständnis der (patho-)physiologischen Funktionen der PHDs und FIH zu verbessern, vor allem außerhalb des HIF-Weges. Wir konnten nachweisen, dass FIH Sauerstoff-abhängig ein „Oxomer“ – definiert als oxygen-dependent stable protein oligomer – mit der Deubiquitinase OTUB1 bildet (FIH-OTUB1). Eine von uns entwickelte Massenspektrometrie (MS)-basierte Untersuchung zeigte, dass FIH mit mindestens 12 weiteren Proteinen Oxomere bildet. Die FIH-OTUB1 Oxomerbildung reguliert die enzymatische Aktivität von OTUB1 und stellt damit einen neuen Sauerstoff-abhängigen Signalweg dar. Das Ziel dieses Antrags ist die Charakterisierung von Oxomeren hinsichtlich ihres Auftretens, Regulation und Funktion. Unterprojekt A soll den Mechanismus einer bisher unbekannten Erhöhung von FIH und OTUB1 Proteinen durch entzündungsfördernde Stimuli (nicht-publizierte Daten) und dessen Auswirkung auf die FIH-OTUB1 Oxomerbildung in Nierenzellen und -gewebe untersuchen. Des Weiteren soll der Effekt des FIH-OTUB1 Oxomers auf proinflammatorische und profibrotische Signalwege analysiert werden. Unterprojekt B soll die PHD-abhängige Oxomerbildung sowie deren funktionelle Relevanz charakterisieren. Unter Verwendung der MS-basierten Analyse konnten wir zeigen, dass alle drei PHDs Oxomere bilden (nicht-publizierte Daten). In diesem Unterprojekt sollen identifizierte Oxomere verifiziert und ausgewählte Oxomere näher untersucht werden (beteiligte Aminosäuren an der Oxomerbildung, Bildungsmechanismus und -kinetik, Halbwertszeit, Sauerstoffsensitivität, Funktion der Oxomere). Die Charakterisierung und Analyse dieser neuen Art der sauerstoffabhängigen Signaltransduktion könnte zu einem Paradigmenwechsel in unserem Verständnis der Funktion der PHDs und FIH in der Sauerstoff-abhängigen (Patho-)Physiologie führen sowie unsere Einsicht in den Wirkungsmechanismus von HIs verbessern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen