Gemeinsamkeiten in der α-Synuclein-induzierten Proteasom-Dynamik in Zellen von Hefe und Mensch

• Antragsteller: Professor Dr. Gerhard H. Braus
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 567764271

Proteinhomöostase ist zur Aufrechterhaltung eines normalen Zellstoffwechsels unerlässlich. Sie sichert die Integrität des zellulären Proteoms und damit die korrekte Biosynthese und Faltung, aber auch den Transport und den Abbau von Proteinen. In alternden Zellen nimmt die Effizienz dieser Prozesse ab, was bei neurodegenerativen Krankheiten wie Morbus Parkinson zur Aggregation und Unlöslichkeit von Proteinkomplexen führen kann. Typisches Merkmal der Parkinson-Krankheit ist die Aggregation von alpha-Synuclein (αSyn) in Proteineinschlüssen. Die Anhäufung des Proteins geht mit einer stark erhöhten Phosphorylierung am Serin-Rest an Position S129 einher. Diese posttranslationale Modifikation spielt eine zentrale Rolle für Pathogenität und auch Stabilität von αSyn. Aggregation und Ausbreitung von αSyn stören die zelluläre Proteostase und tragen so zu zellulärer Dysfunktion und dem Absterben von Neuronen bei. Die Expression von αSyn in der Hefe Saccharomyces cerevisiae führt zu ähnlichen zellulären Einschlüssen wie bei Neuronen, verbunden mit einer signifikanten Wachstumsverringerung und schließlich dem Absterben der Zellen. Die Expression von αSyn verändert das Hefeproteom signifikant und stört den Aufbau und die Aktivität des 26S-Proteasoms. Dieser Antrag hat zum Ziel, die molekularen Mechanismen zu verstehen, die αSyn auf die zelluläre Proteasomdynamik bewirkt. Der Schwerpunkt liegt dabei auf den molekularen Konsequenzen der Wechselwirkung von αSyn mit dem proteasomalen Aktivator Blm10/PA200. Blm10 wurde von uns in einem genomweiten Hefe-Screening nach Proteinen mit veränderter Stabilität identifiziert. Die konservierten Proteine der Blm10/PA200-Familie sind wichtige Regulatoren der Proteasom-Zusammensetzung und -Aktivität. Expression von αSyn erhöht die Stabilität von Blm10 abhängig vom Phosphorylierungszustand von αSyn an S129. Erhöhte Menge an Blm10 erhöht den Schutz der Zelle vor zu viel αSyn in einem möglichen Kompensationsmechanismus, der der Proteasom-Dysfunktion entgegenwirkt. Dieser Antrag hat zwei Hauptziele: (i) wir wollen klären, wie die Expression von αSyn den Aufbau und die Aktivitäten des Proteasoms beeinflusst, mit besonderem Augenmerk auf der Rolle von Blm10 in Hefezellen und PA200 in menschlichen Zellen sowie dem Beitrag der S129-Phosphorylierung zu diesem Prozess. (ii) Die Auswirkungen von αSyn auf die 26S-Proteasom-Homöostase werden untersucht - einschließlich der Sortierung des Proteasoms in die schützenden Proteasom-Speichergranula und des 26S-Proteasom-Abbaus durch Proteaphagie unter verschiedenen Stressbedingungen. Eine Kombination aus in vivo und in vitro Techniken werden eingesetzt. Ziel ist ein umfassendes Verständnis der wechselseitigen Beziehung zwischen αSyn und dem 26S-Proteasom und der Rolle der Schlüsselkomponenten des Proteostase-Netzwerks auf molekularer Ebene.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen