Aufdeckung der molekularen Mechanismen, die die Spezifität homologer Maschinerien definieren, mittels transienter Interaktomik

• Antragstellerin: Emma Fenech, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 551266484

Das Endoplasmatische Retikulum (ER) ist das größte Organell der Zelle und erfüllt viele essentielle Funktionen. Fast jede dieser wird von ansässigen homologen Proteinmaschinerien gesteuert. Diese Paare oder Familien von Homologen bieten ein funktionelles Backup, jedoch haben sie auch zusätzliche, einzigartige Funktionen und Regulierungsmechanismen. Da es schwierig war diese zu kartieren, bleiben viele der Homologen unvollständig charakterisiert und ihr Zusammenwirken ist nicht verstanden. Eine Möglichkeit einen Einblick in die zugrundeliegenden Mechanismen der Spezifität von Homologen zu gewinnen, besteht darin, ihre einzigartigen Wechselwirkungen mit anderen Proteinen zu verstehen. Protein-Protein-Interaktionen (PPIs) können entweder stabil oder transient sein, welches Aufschluss gibt über die Funktion und Regulation von Proteinen. Bis vor kurzem war es schwierig diesen transienten Charakter zu erfassen. Dank des Aufkommens der Proximitäts-Markierung (PL), bei dem modifizierte Biotin-Ligasen zur Markierung benachbarter Proteinen verwendet werden, wurde die transiente PPI-Identifizierung jedoch zugänglicher. Während meiner Promotion wurde ich Experte für die Kartierung stabiler PPIs großer Säugerproteinfamilien, und in meiner Postdoc-Forschung etablierte ich moderne Methoden zur systematischen Kartierung transienter Hefe-PPIs. Um auf dieser Arbeit aufzubauen und unser Verständnis der ER-Funktionen zu verbessern, möchte ich den treibenden Mechanismus der Selektivität aufdecken, indem ich transient interagierende Substrate und Regulatoren von ER-Homologen in einem noch nie dagewesenen Ausmaß aufdecke. In Ziel 1 werde ich einzigartige, zustandsspezifische Regulatoren von Membran-tether-homologen aufdecken, indem ich den Anwendungsbereich von PL-Werkzeugen erweitere. Dies beinhaltet die Erstellung neuer Hefestammsammlungen (Bibliotheken), in denen jedes Gen mit auf die Kontaktstellen zugeschnittenen PL-Enzymen markiert wird. In Ziel 2 werde ich die molekularen Determinanten der Substratspezifität von Qualitätskontrollmaschinerien auf der Gesamtorganellebene aufdecken, indem ich verschiedene PL-Bibliotheken mit Hochdurchsatz-Massenspektrometrie-Ansätzen kombiniere, um tiefere Einblicke zu gewinnen. In Ziel 3 werde ich diese Werkzeuge und Systeme weiterentwickeln für höhere Eukaryoten, um eine genaue und effiziente Identifizierung einzigartiger Regulatoren und Substrate von KDEL-rezeptor-Homologen zu ermöglichen, welche von Hefe zu Säugerzellen diversifizierten. Die skizzierten Arbeiten werden unser Verständnis davon verändern, wie Redundanz und Spezialisierung von ER-residenten Faktoren dazu beitragen, die Fülle von Funktionen des größten Zellorganells aufrechtzuerhalten. Unsere Proteomik-Studien stellen nicht nur eine wichtige wissenschaftliche und technische Ressource dar, sondern dienen auch als breite Basis für Kooperationen und ermöglichen es mir, mich auf Schlüsselfragen in der ER-Biologie und bei menschlichen Erkrankungen zu konzentrieren.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen
• Großgeräte: Benchtop microbial array manipulator
• Gerätegruppe: 1060 Dilutoren, Pipettiergeräte, Probennehmer