SFB 635:  Posttranslationale Funktionskontrolle von Proteinen

• Fachliche Zuordnung: Biologie ; Medizin
• Förderung: Förderung von 2003 bis 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5485912

• Erstellungsjahr: 2016

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Der Sonderforschungsbereich (SFB) 635 gründete zu Beginn der Förderperiode auf Informationen, die durch die Entschlüsselung von Genomen einer stetig steigenden Zahl von Organismen verfügbar wurden. Diese Genomprojekte führten zur Identifizierung einer überraschend geringen Anzahl von Genen auch in höher entwickelten Organismen und wiesen damit auf eine zentrale Bedeutung regulatorischer Prozesse hin, die auf posttranslationaler Ebene die komplexen, adaptiven Prozesse in Zellen und die funktionelle Integrität von Organismen gewährleisten. Daraus ergab sich das zentrale Ziel des SFB 635: die Aufklärung regulatorischer Mechanismen, die die Funktion von Proteinen nach ihrer Synthese bestimmen. Der SFB 635 verfolgte einen interdisziplinären Ansatz, um die Komplexität posttranslationaler Kontrollmechanismen in ihrer gesamten Breite zu analysieren. Die beteiligten Arbeitsgruppen verwandten genetische, zellbiologische und biochemische Ansätze, um die posttranslationale Regulation von Proteinen in evolutionär diversen Organismen, von Bakterien über die Bäckerhefe und Fruchtfliegen bis hin zu höheren Pflanzen und Mäusen, zu untersuchen. Dabei fokussierten die Arbeiten im SFB 635 auf drei regulatorische Prinzipien, die die Grundlage für die Bildung von stark voneinander abhängigen Forschungsbereichen darstellten: die Regulation durch kovalente Proteinmodifikationen, die Regulation durch dynamische Assemblierung von Proteinen sowie die Regulation über proteolytische Prozesse, die die Stabilität bzw. Aktivität von Proteinen beeinflussen. Dabei wurden verschiedene physiologische Vorgänge in den Fokus genommen, die von der Blütenbildung in Pflanzen, dem vesikulären Proteintransport, der Organellenbiogenese, über verschiedene Stressantworten bis hin zur Regulation der Spermatogenese oder der neuronalen Aktivität reichten. Dabei erwies sich die parallele Untersuchung regulatorischer Prozesse in evolutionär lediglich entfernt verwandten Organismen als sehr informativ, einerseits um konservierte Vorgänge zu etablieren, andererseits um die Verwirklichung unterschiedlicher Regulationsprinzipien aufzuzeigen. Während in den ersten Jahren der Förderung genetische Ansätze im Vordergrund standen, führte die Weiterentwicklung der Projekte zu einer zunehmend mechanistischen Analyse, wobei biochemische Ansätze Verwendung fanden, häufig auf der Grundlage von Proteinstrukturinformationen, die zum Teil auch innerhalb des SFB 635 erarbeitet wurden. Die Arbeiten innerhalb des SFB 635 zeigten dabei eine starke Vernetzung verschiedener Regulationsmechanismen auf, die zu einem intensiven wissenschaftlichen Austausch innerhalb des SFB 635 führten. Während der Förderperiode des SFB 635 kam es auch zu einer rasanten methodischen Weiterentwicklung, insbesondere im Bereich der Proteomik und von bildgebenden Verfahren, die für die erfolgreiche Bearbeitung der wissenschaftlichen Fragestellungen von überragender Bedeutung waren. Der SFB 635 trug dieser Entwicklung Rechnung und unterstützte systematisch die Etablierung zentraler Technologieplattformen an der Universität zu Köln, die heute als offene Serviceeinrichtungen die Forschungsarbeiten unterstützen. Die dynamische wissenschaftliche Entwicklung der im SFB 635 bearbeiteten Gebiete spiegelt sich auch in einer sehr dynamischen Entwicklung des wissenschaftlichen Personals, das innerhalb des SFB 635 bzw. am Forschungsstandort der Universität zu Köln tätig war, wider. Der SFB 635 hat damit nicht nur wichtige Einblicke in Mechanismen erarbeiten können, die die Funktion von Proteinen nach ihrer Synthese bestimmen, sondern auch wesentliche Beiträge zur Strukturentwicklung des Forschungsstandorts geleistet.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• (2005). Phosphatidylinositol-(4,5)-bisphosphate regulates sorting signal recognition by the clathrin-associated adaptor complex AP2. Mol. Cell 18, 519-531
  Höning, S., Ricotta, D., Krauss, M., Späte, K., Spolaore, B., Motley, A., Robinson, M., Robinson, C., Haucke, V., and Owen, D.
  
• (2005). The m-AAA protease defective in hereditary spastic paraplegia controls ribosome assembly in mitochondria. Cell 123, 277-289
  Nolden, M., Ehses, S., Koppen, M., Bernacchia, A., Rugarli, E. I., and Langer, T.
  
• (2006). Role of SGT1 in resistance protein accumulation in plant immunity. EMBO J. 25, 2007-2016
  Azevedo, C., Betsuyaku, S., Peart, J., Takahashi, A., Noël, L., Sadanandom, A., Casais, C., Parker, J. and Shirasu, K.
  
• (2014). Natural variation reveals that intracellular distribution of ELF3 protein is associated with function in the circadian clock. eLife 3, e02206
  Anwer, M.U., Boikoglou, E., Herrero, E., Hallstein, M., Davis, A.M., James, G.V., Nagy, F., and Davis, S.J.
  
• (2007). Interaction between SGT1 and cytosolic HSC70 chaperones regulates Arabidopsis immune responses. Plant Cell 19, 4061-4076
  Noël, L.D., Cagna, G., Stuttmann, J., Wirthmüller, L., Betsuyaku, S., Witte, C.P., Bhat, R., Pochon, N., Colby, T., and Parker, J.E.
  
• (2007). Ubiquitin-dependent proteolytic control of SUMO conjugates. J. Biol. Chem. 282, 34167-34175
  Uzunova, K., Göttsche, K., Miteva, M., Weißhaar, S.R., Glanemann, C., Schnellhardt, M., Niessen, M., Scheel, M., Hofmann, K., Johnson, E.S., Praefcke, G.J.K., and Dohmen, R.J.
  
• (2008). A structural explanation for the binding of endocytic dileucine motifs by the AP2 complex. Nature 18, 976-9
  Kelly, B.T., McCoy, A.J., Späte, K., Miller, S.E., Evans, P.R., Höning, S., and Owen, D.J.
  
• (2008). Arabidopsis COP1 shapes the temporal pattern of CO accumulation conferring a photoperiodic flowering response. EMBO J. 27, 1277-1288
  Jang, S., Marchal, V., Panigrahi, K.C.S., Wenkel, S., Soppe, W., Deng, X.W., Valverde, F., and Coupland, G.
  
• (2009). An intersubunit signaling network coordinates ATP hydrolysis by m-AAA proteases. Mol. Cell. 35, 574-585
  Augustin, S., Gerdes, F., Lee, S., Tsai, F.T., Langer, T., and Tatsuta T.
  
• (2009). PLRG1 is an essential regulator of cell proliferation and apoptosis during vertebrate development and tissue homeostasis. Mol. Cell. Biol. 29, 3173-3185
  Kleinridders, A., Pogoda, H.M., Irlenbusch, S., Smyth, N., Koncz, C., Hammerschmidt, M., and Brüning, J.C.
  
• (2010). A novel conserved phosphotyrosine motif in the Drosophila FGF-signalling adaptor Dof with a redundant role in signal transmission. Mol. Cell Biol. 30, 2017-2027
  Csiszar, A., Vogelsang, E., Beug, H., and Leptin, M.
  
• (2010). Chaperone-assisted selective autophagy is essential for muscle maintenance. Curr. Biol. 20, 143-148
  Arndt, V., Dick, N., Tawo, R., Dreiseidler, M., Wenzel, D., Hesse, M., Fürst, D.O., Saftig, P., Saint, R., Fleischmann, B.K., Hoch, M., and Höhfeld, J.
  
• (2010). DivIC stabilizes FtsL against RasP cleavage. J. Bacteriol. 192, 5260-5263
  Wadenpohl, I. and Bramkamp, M.
  
• (2010). Proteome-wide screens for small ubiquitin-like modifier (SUMO) substrates identify Arabidopsis proteins implicated in diverse biological processes. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 107, 17415-17420
  Elrouby, N. and Coupland, G.
  
• (2011). Bacillus subtilis dynamin-like protein catalyzes magnesium assisted membrane fusion. Mol. Microbiol. 79, 1294-1304
  Bürmann, F., Ebert, N., van Baarle, S., and Bramkamp, M.
  
• (2011). Light-exposure of Arabidopsis seedlings causes rapid de-stabilization as well as selective post-translational inactivation of the repressor of photo-morphogenesis SPA2. Plant J. 65, 712723
  Balcerowicz, M., Fittinghoff, K., Wirthmueller, L., Maier, A., Fackendahl, P., Fiene, G., Koncz, C., and Hoecker, U.
  
• (2011). Presequence-dependent folding ensures MRPL32 processing by the m-AAA protease in mitochondria. EMBO J. 30, 2545-2556
  Bonn, F., Tatsuta, T., Petrungaro, C., Riemer, J., and Langer, T.
  
• (2011). Regulation of glycine receptor diffusion properties and gephyrin interactions by protein kinase C. EMBO J. 30, 3842-3853
  Specht, C.G., Grunewald, N., Pascual, O., Rostgaard, N., Schwarz, G., and Triller, A.
  
• (2012). A Toxoplasma gondii pseudokinase inhibits host IRG resistance proteins. PloS Biol. 10, e1001358
  Fleckenstein, M., Reese, M.L., Boothroyd, J.C., Howard, J.C., and Steinfeldt, T.
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1371/journal.pbio.1001358)
• (2012). Artificial ubiquitylation is sufficient for sorting of a plasma membrane ATPase to the vacuolar lumen of Arabidopsis cells. Planta 236, 63-77
  Herberth, S., Shahriari, M., Bruderek, M., Hessner, F., Müller, B., Hülskamp, M., and Schellmann, S.
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1007/s00425-012-1587-0)
• (2012). TIME FOR COFFEE represses accumulation of the MYC2 transcription factor to provide time-of-day regulation of jasmonate signaling in Arabidopsis. Plant Cell 24, 2470-2482
  Shin, J., Heidrich, K., Sanchez-Villareal, A., Parker, J., and Davis, S.J.
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1105/tpc.111.095430)
• (2013). Cellular mechanotransduction relies on tension-induced and chaperone-assisted autophagy. Curr. Biol. 23, 430-435
  Ulbricht, A., Eppler, F.J., Tapia, V.E., van der Ven, P.F., Hampe, N., Hersch, N., Vakeel, P., Stadel, D., Haas, A., Saftig, P., Behrends, C., Fürst, D.O., Volkmer, R., Hoffmann, B., Kolanus, W., and Höhfeld, J.
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.cub.2013.01.064)
• (2013). Light and the E3 ubiquitin ligase COP1/SPA control the protein stability of the MYB transcription factors PAP1 and PAP2 involved in anthocyanin accumulation in Arabidopsis. Plant J. 74, 638-651
  Maier, A., Schrader, A., Kokkelink, L., Falke, C., Welter, B., Iniesto, E., Rubio, V., Uhrig, J.F., Hülskamp, M., and Hoecker, U.
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1111/tpj.12153)
• (2013). Reciprocal virulence and resistance polymorphism in the relationship between Toxoplasma gondii and the house mouse. eLife 2:e01298
  Lilue, J., Mueller, U.B., Steinfeldt, T., and Howard, J.C.
  (Siehe online unter https://doi.org/10.7554/eLife.01298)
• (2013). Regulation of the CRL4(Cdt2) ubiquitin ligase and cell-cycle exit by the SCF(Fbxo11) ubiquitin ligase. Mol. Cell 49, 1159-1166
  Rossi, M., Duan, S., Jeong, Y.T., Horn, M., Saraf, A., Florens, L., Washburn, M.P., Antebi, A., and Pagano, M.
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.molcel.2013.02.004)
• (2013). Structural basis for signaling by exclusive EDS1 heteromeric complexes with SAG101 or PAD4 in plant innate immunity. Cell Host Microbe 14, 619-630
  Wagner, S., Stuttmann, J., Rietz, S., Guerois, R., Brunstein, E., Bautor, J., Niefind, K., and Parker, J.E.
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.chom.2013.11.006)
• (2013). The myosin chaperone UNC-45 is organized in tandem modules to support myofilament formation in C. elegans. Cell 152, 183-195
  Gazda, L., Pokrzywa, W., Hellerschmied, D., Löwe, T., Forné, I., Mueller-Planitz, F., Hoppe, T., and Clausen, T.
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.cell.2012.12.025)
• (2013). TIME FOR COFFEE is an essential component in the maintenance of metabolic homeostasis in Arabidopsis thaliana. Plant J. 76, 188-200
  Sanchez-Villarreal, A., Shin, J., Bujdoso, N., Obata, T., Neumann, U., Du, S.X., Ding, Z., Davis, A.M., Shindo, T., Schmelzer, E., Sulpice, R., Nunes-Nesi, A., Stitt, M., Fernie, A.R., and Davis, S.J.
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1111/tpj.12292)
• (2014). 3' UTR length and messenger ribonucleoprotein composition determine endocleavage efficiencies at termination codons. Cell Rep. 9, 555-568
  Boehm, V., Haberman, N., Ottens, F., Ule, J., and Gehring, N.H.
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.celrep.2014.09.012)
• (2014). AP2 controls clathrin polymerization with a membrane-activated switch. Science 345, 459-463
  Kelly, T.K., Graham, S.C., Liska, N., Dannhauser, P.N., Höning, S., Ungewickell, E.J., and Owen, D.J.
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1126/science.1254836)
• (2014). Distinct roles for JNK and IKK activation in agouti-related peptide neurons in the development of obesity and insulin resistance. Cell Rep. 9, 1495-506
  Tsaousidou, E., Paeger, L., Belgardt, B.F., Pal, M., Wunderlich, C.M., Brönneke, H., Collienne, U., Hampel, B., Wunderlich, F.T., Schmidt-Supprian, M., Kloppenburg, P., and Brüning, J.C.
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.celrep.2014.10.045)
• (2014). DRE-1/FBXO11-dependent degradation of BLMP-1/BLIMP-1 governs C. elegans developmental timing and maturation. Dev. Cell 28, 697-710
  Horn, M., Geisen, C., Cermak, L., Becker, B., Nakamura, S., Klein, C., Pagano, M., and Antebi, A.
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.devcel.2014.01.028)
• (2014). Hexosamine pathway metabolites enhance protein quality control and prolong life. Cell 156, 1167-1178
  Denzel, M.S., Storm, N.J., Gutschmidt, A., Baddi, R., Hinze, Y., Jarosch, E., Sommer, T., Hoppe, T., and Antebi, A.
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.cell.2014.01.061)
• (2014). HSP70-binding protein HSPBP1 regulates chaperone expression at a posttranslational level and is essential for spermatogenesis. Mol. Biol. Cell 25, 2260-2271
  Rogon, C., Ulbricht, A., Hesse, M., Alberti, S., Vijayaraj, P., Best, D., Adams, I.R., Magin, T.M., Fleischmann, B.K., and Höhfeld, J.
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1091/mbc.E14-02-0742)
• (2014). Phosphoproteomic analysis reveals regulatory mechanisms at the kidney filtration barrier. J. Am. Soc. Nephrol. 25, 1509-1522
  Rinschen, M.M., Wu, X., König, T., Pisitkun, T., Hagmann, H., Pahmeyer, C., Lamkemeyer, T., Kohli, P., Schnell, N., Schermer, B., Dryer, S., Brooks, B.R., Beltrao, P., Krueger, M., Brinkkoetter, P.T., and Benzing, T.
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1681/ASN.2013070760)
• (2015). CALM regulates clathrin-coated vesicle size and maturation by directly sensing and driving membrane curvature. Dev. Cell 33, 163-175
  Miller, S.E., Mathiasen, S., Bright, N. A., Pierre, F., Kelly, B.T., Kladt, N., Schauss, A., Merrifield, C. J., Stamou, D., Höning, S., and Owen, D.J.
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.devcel.2015.03.002)
• (2015). Inhibition of insulin/IGF-1 receptor signaling protects from mitochondria-mediated kidney failure. EMBO Mol. Med. 7, 275-287
  Ising, C., Koeler, S., Braehler, S., Merkwirth, C., Höhne, M., Baris, O.R., Hagmann, H., Kann, M., Fabretti, F., Dafinger, C., Bloch, W., Schermer, B., Linkermann, A., Brüning, J.C., Kurschat, C., Müller, R.U., Wiesner, R., Langer, T., Benzing, T., and Brinkkötter, P.T.
  (Siehe online unter https://doi.org/10.15252/emmm.201404916)
• (2015). Small GTP-binding protein Ran is regulated by posttranslational lysine-acetylation. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 112, E3679-3688
  de Boor, S., Knyphausen, P., Kuhlmann, N., Wroblowski, S., Brenig, J., Nolte, H., Krüger, M., and Lammers, M.
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1073/pnas.1505995112)
• (2016). RhoGDIα acetylation at K127 and K141 affects binding toward nonprenylated RhoA. Biochemistry 55, 304-312
  Kuhlmann, N., Wroblowski, S., Scislowski, L., and Lammers, M.
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1021/acs.biochem.5b01242)