MICAL proteine sind die primären Oxidasen in Rezeptor-induzierten Redox-Relais-Signalwegen

• Antragstellerin: Dr. Manuela Gellert
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie ; Biochemie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 557899655

Redoxsignalwege steuern alle zentralen Signal- und Stoffwechselwege. Ähnlich wie Regulation durch Phosphorylierung, erfordern Redoxsignalwege die kontrollierte und spezifische posttranslationale Modifikation kritischer Aminosäureseitenketten, hier Cysteinyl- und Methionylreste. Thioredoxine, Glutaredoxine und Methioninsulfoxidreduktasen sind wesentliche Enzyme bei der Reduktion oxidierter Cysteinyl- und Methionylderivate. Eine offene Frage ist, wie solche Redoxschalter oxidiert werden. Die spezifische Modifikation von Zielproteinen kann nicht alleine durch die Freisetzung von z. B. H2O2 induziert werden. In unserern Vorarbeiten haben wir die Monoxygenase MICAL1 als spezifischen Initiator eines durch Semaphorinrezeptoren induzierten Redox-Relais-Signalweges charakterisiert. Dieses Relais umfasst Peroxiredoxin 1 als Transducer und CRMP2 als Effektorproteine. Der Signalweg steuert die Dynamik des Zytoskeletts und damit das Axonwachstum und die neuronale Entwicklung. Er trägt zudem zur malignen Transformation von Krebszellen bei. Unsere diesem Projekt zu Grunde liegende Hypothese ist, dass alle drei humanen MICAL-Oxidasen signalregulierte Oxidasen sind, die Redox-Relais-Signalwege initiieren, indem sie Peroxiredoxine und andere Transducer-Proteine oxidieren. Vorläufige Massenspektrometriedaten mit Gen-Silencing von MICAL 1 oder Prx1, die eine Zunahme reduzierter Proteine, z. B. Cofilin 1, zeigen, stützen diese Hypothese. Der Schwerpunkt unserer Arbeit werden Signalwege sein, die die Dynamik des Zytoskeletts in Modellen der neuronalen Differenzierung und malignen Transformation regulieren. Die folgenden Zielsetzungen liegen diesem Antrag zugrunde: Erstens, Redox-Relais in unseren Zellkulturmodellen zu identifizieren und zu bestätigen. Die Identifikation von spezifischen Zielproteinen von MICAL1-3 und Prx1-2 werden im Vordergrund stehen. Zweitens, die Funktion der Domänen der drei MICAL-Proteine zu charakterisieren. Wir gehen davon aus, dass diese als spezifische Protein-Erkennungsplattformen dienen, um nachgeschaltete Relaisproteine in direkte Nähe zu bringen. Drittens, neu identifizierte Transducer- und Zielproteine in vitro und in vivo/cellulo zu charakterisieren. Basierend auf etablierten Zellkulturmodellen für zelluläre Differenzierung, Entwicklung und Transformation werden wir Redox-Proteomik-Strategien, moderne genetisch kodierte Redox-Sensoren, Hochdurchsatzanalysen der mechanischen Eigenschaften von Zellen, biochemische Studien und Enzymkinetik einsetzen. Dieses Programm wird unser Verständnis spezifischer oxidativer Proteinmodifikationen als Teil lebenswichtiger Redox-Signalereignisse verbessern. Störungen von Redox-Signalwegen sind entscheidend an verschiedenen Krankheiten beteiligt. Dieses Forschungsprojekt wird neue Redox-Relais-Kaskaden von physiologischer und pathologischer Bedeutung charakterisieren, die als therapeutische Ziele zur Behandlung von Pathologien wie neuronaler Degeneration und maligner Transformation geeignet sein könnten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen