Mechanismen der kotranslationalen Qualitätskontrolle während der Synthese von CFTR

• Antragstellerin: Débora Broch Trentini Schmidt, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Biochemie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 540625656

Die Synthese von Transmembranproteinen, die einen Anteil von 20-30% des Säuger-Proteoms darstellen, birgt bedeutende biophysikalische Herausforderungen. Hydrophobe Proteinsegmente müssen vor der hohen Proteindichte des Zellplasmas geschützt werden und durch die stark polare Membranoberfläche in die hydrophobe Lipiddoppelschicht transportiert werden. Aus diesem Grund werden die meisten Transmembranproteine an der Oberfläche des ER synthetisiert, wo sie während der Translation ko-translational in die Membran eingebaut und assembliert werden, sobald sie aus das Ribosom verlassen. Daher spielt der Translationsdynamik eine wichtige Rolle für die Biogenese von Transmembranproteinen. Unserer vorangegangenen Studien haben gezeigt, dass große Proteine mit multiplen Transmembrandomänen besonders anfällig für ko-translationalen Proteinabbau durch den Ribosomen-assoziierten Qualitätskontrollsignalweg (RQC) sind, die zu Ribosomen rekrutiert werden, deren aktive Translation unterbrochen wurde. Um zu verstehen, wie die Translationsdynamik die Qualitätskontrollprozesse beeinflusst, die während der Membranproteinsynthese stattfinden, haben wir CFTR als Modellsubstrat ausgewählt. CFTR ist ein großes Protein, das als Chlorid-Anionenkanal in Epithelzellen fungiert und über 2 Transmembrandomänen mit je 6 Membran-passierenden Helices verfügt. CFTR ist auch die Hauptursache für cystische Fibrose/Mukoviszidose, einer lebensbedrohenden und weit verbreiteten genetischen Erkrankung. Unserer vorangegangenen Studien haben gezeigt, dass ein bedeutender Anteil der CFTR-Translationsereignisse abgebrochen wird, bevor die Proteinsynthese abgeschlossen ist, wobei die unvollendete Polypeptidkette durch den RQC-Pfad abgebaut wird. Desweiteren beobachteten wir, dass die Häufigkeit des Abbruchs von CFTR-Translationen nach Inaktivierung von GCN1 zunahm, einem Kollisionssensor des Ribosoms, der in die Regulation der Translationsdynamik, des mRNA-Abbaus und der Stresssignalgebung involviert ist. Das Ziel unseres Projektes ist die Aufklärung der ko-translationalen Qualitätskontrollmechanismen, die bei der fehlgeschlagenen CFTR-Translation aktiviert werden, mit einem besonderen Augenmerk auf die Interaktion von RQC und GCN1. Für die Charakterisierung der Qualitätskontrollfaktoren und ihres Einflusses auf die CFTR-Biogenese verwenden wir eine Kombination aus Fluoreszenz-basierten Reportern und biochemischer Analysen. Wir erwarten, dass unsere Forschungsergebnisse nicht nur neue grundlegende Mechanismen der ko-translationalen Proteinqualitätskontrolle aufdecken, sondern auch neue Ansatzpunkte für die Therapie von cystischer Fibrose und vieler anderer genetischer Krankheiten liefern werden, denen ein Defekt der Translation von Transmembranproteinen zu Grunde liegt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen