Qualitätskontrolle am Golgi Apparat

• Antragsteller: Dr. Florian Wilfling
• Fachliche Zuordnung: Biochemie ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 554999331

Der Golgi-Apparat ist die zentrale Sortierstation für Proteine in Zellen und spielt eine wesentliche Rolle bei der Aufrechterhaltung der Proteinhomöostase (Proteostase )für die Gesundheit von Zellen und Organismen. Die Mechanismen der Qualitätskontrolle (QK) im Golgi, die fehlgefaltete oder verwaiste Proteine betreffen, sind jedoch noch nicht ausreichend erforscht. Wir haben kürzlich eine QK im Golgi identifiziert, die sich um den Ubiquitin-Ligase-Komplex Defective in SREBP cleavage (Dsc) dreht. Der Dsc-Komplex wertet im Golgi die biochemischen Eigenschaften von Transmembrandomänen (TMDs) aus und erkennt dabei verwaiste Proteine mit kurzen TMDs, die ubiquitiniert und selektiv abgebaut werden. So verhindert der Dsc-Komplex die Weiterleitung verwaister Proteine vom Golgi in andere Organellen und konserviert die Protein- und Lipidzusammensetzung der Membran. Diese Ergebnisse unterstreichen die zentrale Rolle des Dsc-Komplexes bei der Qualitätskontrolle im Golgi. Basierend auf diesen Ergebnissen werden wir Komponenten identifizieren, die zusammen mit dem Dsc-Komplex in einem QK-Netzwerk im Golgi agieren. Wir vermuten, dass die QK im Golgi für das Überleben der Zellen notwendig ist. Daher haben wir in in Vorarbeiten einen wichtigen Faktor entdeckt der parallel zum Dsc-Komplexes für die Golgi QK wichtig ist. Dabei handelt es sich um einen ER-Retrieval-Rezeptor (Rer1), der verwaiste Membranproteine aus dem Golgi in das ER zurückbringt. Der gleichzeitige Verlust beider Systeme führte zum Zusammenbruch der Golgi-QK, was zu einer Anhäufung von Membranproteinen in scheinbar zerstörten Golgi-Strukturen und Vakuolen führte. Diese Defekte lösen eine ungewöhnliche Membranstressantwort aus, die die Biogenese eines einzigartigen multilamellaren Golgi-Kompartiments (GDK) involviert, das die TORC2-aktivierte Membranstresskinase Ypk1 rekrutiert. Dabei konzentrieren wir uns auf drei Schlüsselfragen: (1) Wie arbeiten Rer1 und der Dsc-Komplex zusammen, um die Golgi-Funktion aufrechtzuerhalten? (2) Wie werden die multilamellaren GDKs als Reaktion auf den Zusammenbruch des Golgi QK gebildet? (3) Wie mildert Ypk1-Signalisierung an GDKs Membranstress? Durch die Beantwortung dieser Fragen wird das Projekt unser Verständnis der Golgi-QK Mechanismen und deren Einfluss auf die Proteostase verbessern. Wir verwenden S. cerevisiae um Komponenten des Golgi-QK-Netzwerks zu identifizieren und zu charakterisieren. Um dieses Ziel zu erreichen, kombinieren wir genetische Screens und quantitative Proteomik mit biochemischen und zellbiologischen Ansätzen und korrelativer Kryo-Elektronentomographie. Unser Forschungsprojekt wird auf mechanistischer Ebene ein vielschichtiges QK-Netzwerk identifizieren und charakterisieren, das im Golgi arbeitet, die Architektur der Organellen aufrechterhält und zur Lebensfähigkeit der Zellen beiträgt. Unsere Ergebnisse werden daher das Wissen über die zelluläre QK und die Proteostase erweitern - ein wichtiger Bereich in der Biologie im Allgemeinen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Österreich
• Kooperationspartner: Professor Dr. David Teis