Molekulare Mechanismen der Signalübertragung an MAPK durch zeitlich dynamische und ortsspezifische Phosphorylierung

• Antragsteller: Dr. Stefan Jacob
• Fachliche Zuordnung: Organismische Interaktionen, chemische Ökologie und Mikrobiome pflanzlicher Systeme ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 549085121

Die grundlegenden molekularen Mechanismen, wie genau viele verschiedene Signale aus der Umwelt verschlüsselt und an den Zielort in der Zelle übertragen werden, sind immer noch rätselhaft, insbesondere wegen der begrenzten Anzahl von Signalproteinen und einer Vielzahl von Signalübertragungen in Zellen. Die Phosphorylierung von Proteinen ermöglicht eine Übertragung von Signalen und wird durch mitogenaktivierte Proteinkinasen (MAPK) ausgelöst. In TEDYPHOS nutzen wir den phytopathogenen Pilz Magnaporthe oryzae, um die MAPK MoHog1p umfassend und mit bisher unerreichter Präzision zu untersuchen. MoHog1p ist ein Schlüsselprotein im HOG-Signalweg, in Eukaryonten gut konserviert und als MAPK vom Typ p38 klassifiziert. Signaltransduktion erfolgt durch duale Phosphorylierung eines TxY-Motivs, aber es ist immer noch nicht bekannt, wie genau verschiedene Stimuli übertragen und verschlüsselt werden. Wir wollen erstmals ein dynamisches, multidimensionales Modell der individuellen zeit- und konzentrationsabhängigen Intensität der T-, Y- und T/Y-Phosphorylierung des TxY-Motivs erstellen, um die Signalübertragung zu entschlüsseln. Die verschiedenen Dimensionen umfassen (1) die Intensität der Phosphorylierung an T, Y und T/Y, (2) die Variation der Stimuli, (3) verschiedene Konzentrationen der Stimuli, (4) den Zeitverlauf und (5) verschiedene (transkriptionelle) Reaktionen. Wir haben individuelle Unterschiede der Intensität von phosphoryliertem T, Y und T/Y im Zeitverlauf nach Aktivierung des Signalwegs bei Salzstress feststellen können und dieses Muster ist unterschiedlich nach Zugabe eines anderen Stimulus, z.B. Fludioxonil. Folglich stellten wir die Hypothese auf, dass die zeitlich dynamische, ortsspezifische Phosphorylierung an den einzelnen Aminosäuren des TxY-Motivs der molekulare Mechanismus zur Verschlüsselung und Kodierung multipler Signale an MAPKs ist. Um diese Hypothese zu untersuchen, wird TEDYPHOS die Grenzen derzeitiger Assay-Systeme überwinden, indem molekulare Pilzgenetik und modernste Proteinanalytik zusammenfinden. Der verwendete Modellorganismus ist einfach im Labor zu kultivieren, wächst schnell und hochreproduzierbare Assays in reinem Wasser mit Millionen synchronisierter Individuen sind möglich. Das TEDYPHOS-Projekt bietet eine hervorragende Möglichkeit, die grundlegenden Mechanismen der MAPK-Signalübertragung zu entschlüsseln, was definitiv neue Erkenntnisse zur Grundlagenforschung zellulärer Signalübertragung liefern wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen