Netzwerke der USP8 Regulation: Verständnis komplexer Deubiquitinierungskontrollsysteme bei der Krebsentstehung

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Klaus-Peter Knobeloch
• Fachliche Zuordnung: Biochemie ; Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung ; Strukturbiologie ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 566971408

Modifikationen durch Ubiquitin regulieren eine Vielzahl biologischer Prozesse, und werden durch Deubiquitinierungsenzyme (DUBs) gegenreguliert. Ubiquitin-spezifische Proteasen (USPs) bilden die größte Untergruppe der DUBs und enthalten oft mehrere Domänen, die Interaktionen mit verschiedenen Signalwegen über Protein-Protein-Interaktionen (PPIs) ermöglichen. Trotz ihrer Bedeutung sind die regulatorischen Interaktionen von DUBs bisher noch wenig aufgeklärt. Als klassisches DUB mit mehreren PPI-Domänen spielt USP8 eine entscheidende Rolle bei der Regulation des endosomalen Transports und der Stabilität von Rezeptortyrosinkinasen. Die Phosphorylierung an einem charakteristischen Serinrest ist essentiell für die Bindung an 14-3-3-Proteine. Mutationen in diesem Bindungsmotiv (BM) führen zur Spaltung von USP8 und Entstehung einer verkürzten Form (USP8tc) mit erhöhter Deubiquitinase-Aktivität. Diese Mutationen wurden in ca 35% der ACTH-freisetzenden Hypophysenadenomen identifiziert, wo die erhöhte Aktivität von USP8tc den EGFR stabilisiert und so an der Entstehung von Morbus Cushing beteiligt ist. Ähnliche Mutationen wurden auch bei Leukämien gefunden, was die Rolle der USP8-14-3-3-Interaktion bei der Tumorentstehung weiter unterstreicht. Trotzdem bleibt die Regulierung dieser PPI und ihre physiologische Rolle unklar, und zugrundeliegende molekulare Mechanismen sind wenig erforscht. Um dies zu adressieren, haben wir ein Mausmodell zur konditionellen und konstitutiven Inaktivierung der USP8-14-3-3 PPI entwickelt, Ubiquitin-assoziierte (UBA) Domänen-haltige Kinasen identifiziert, die das USP8 14-3-3 BM phosphorylieren, einen phospho-spezifischen hUSP8S718/mUSP8S680-Antikörper entwickelt und rekombinantes USP8- und USP8tc Protein produziert. Basierend auf Strukturvorhersagemodellen haben wir neue Hypothesen für die Regulierung der USP8-Interaktionen mit 14-3-3, Ubiquitin und assoziierten Kinasen entwickelt. In einem interdisziplinären Ansatz, der Strukturbiologie, Mausgenetik und Molekularbiologie kombiniert, sollen in dieser Studie folgende Fragestellungen adressiert werden: (1) Untersuchung der Regulierung der USP8-Aktivität durch S680-Phosphorylierung auf struktureller Ebene und der physiologischen Bedeutung im Kontext des Gesamtorganismus. (2) Analyse der Rolle der neu identifizierten Kinasen und mechanistischer Struktur-Funktions-Beziehungen. (3) Identifikation möglicher Veränderungen in der Substraterkennung von USP8 nach proteolytischer Spaltung bzw. phosphorylierungs-kontrollierter 14-3-3 Interaktion. (4) Charakterisierung der molekularen Mechanismen der Substratpräferenz von USP8 und seiner Hemmung durch „Small Molecules“. Wir erwarten, dass die Ergebnisse neue Einblicke in die Tumorpathogenese ermöglichen und das Verständnis der komplexen Regulierung von Ubiquitin-Proteasen erweitern. Dies könnte den Weg für neue therapeutische Strategien bei malignen Transformationen ebnen, an denen das Regulationsnetzwerk um USP8 kausal beteiligt ist.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Südkorea
• Partnerorganisation: National Research Foundation of Korea, NRF
• Kooperationspartner: Professor Donghyuk Shin, Ph.D.