Charakterisierung der physiologischen Funktion und der regulatorischen Netzwerke der Signal Peptid Peptidase im murinen Testis

• Antragsteller: Dr. Torben Mentrup
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie ; Biochemie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 565022475

Die Aspartyl-Intramembranprotease Signal Peptide Peptidase (SPP) schneidet spezifisch ausgewählte Transmembrandomänen in der hydrophoben Umgebung der Membran des Endoplasmatischen Retikulums (ER). Basierend hierauf wurden wichtige Funktionen von SPP im ER-assoziierten Abbau von Proteinen, aber auch der Maturierung von Viren und der generellen ER-Proteostase entdeckt. Über die physiologische Funktion und mögliche Regulation dieses Enzyms im lebenden Organismus ist allerdings wenig bekannt, da Mäuse mit systemischem Verlust dieses Proteins nicht lebensfähig sind. In diesem Projekt wollen wir die Aufgaben von SPP im murinen Testis näher analysieren. Dieser bietet sich für die Analyse insbesondere durch die selektive Expression eines weiteren Mitglieds der Familie der Aspartyl-Intramembranproteasen, der SPPL2c Protease, in diesem Gewebe an. Beide Proteasen haben neben der gemeinsamen Lokalisation im ER partiell überlappende Substratspektren, unterscheiden sich jedoch stark in Bezug auf ihre Regulationsmechanismen und ihren Einbau in hochmolukulare Proteinkomplexe. Im murinen Testis ist SPP in akrosomalen Kompartimenten ab dem Spermatidenstadium, aber auch in maturen Spermien zu finden. Um die Funktion von SPP in männlichen Keimzellen zu ermitteln, haben wir eine konditionale knockout-Strategie entwickelt, in der die Expression der SPP-Protease spezifisch in diesen Zellen eliminiert werden kann. Während das Fehlen von SPPL2c lediglich einen milden Reproduktionsphänotyp in Mäusen hervorruft, führt der selektive Verlust der SPP-Expression in männlichen Keimzellen zu einem nahezu vollständigen Spermienverlust. Dieser ist nicht auf einen generell zytotoxischen Effekt der SPP-Ablation zurückzuführen, da in den Hoden entsprechender knockout-Tiere keine Zeichen für gesteigerten ER-Stress oder Apoptose auftreten. Die bisherigen Befunde deuten daher auf eine spezifische Funktion von SPP in der späten Spermatogenese oder der Spermiation hin. Diese soll in dem Projekt durch die Analyse von bekannten, aber auch neuen SPP-abhängigen Prozessen erklärt werden. Dafür soll zum einen das Substratrepertoire von SPP im murinen Testis mittels massenspektrometrischer Methoden ermittelt werden. Identifizierte Substrate sollen dann mechanistisch mit den beobachteten Phänotypen in Verbindung gebracht werden. Darüber hinaus wollen wir durch die Analyse des in vivo-Interaktoms von SPP neue Einblicke in die Regulation und nicht-proteolytische Funktionen dieses wichtigen Enzyms erhalten. In beiden Fällen sollen gewonnene Erkenntnisse auch im Hinblick auf SPPL2c untersucht werden, um funktionelle Differenzen beider Proteasen weiter auszuarbeiten. Von dem gewählten Ansatz versprechen wir uns nicht nur detaillierte Ergebnisse über die physiologische Funktion von SPP in Bezug auf die männliche Gametogenese, sondern auch ein besseres Verständnis der molekularen Prozesse, die die proteolytische Aktivität dieses Enzyms auch in anderen Geweben, kontrollieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen