Untersuchung der Zuckerspezifität von nukleocytoplasmatischer Monoglykosylierung mithilfe von KI designten Proteinen

• Antragsteller: Dr. Martin Bonin, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Biochemie ; Strukturbiologie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 569146282

In Tieren werden Tausende von intrazellulären Proteinen durch Hinzufügen eines einzelnen Zuckers namens N-Acetylglucosamin (GlcNAc) modifiziert. Diese Modifikation, genannt O-GlcNAcylierung, wird dynamisch reguliert durch die O-GlcNAc-Transferase (OGT) welche GlcNAc hinzugefügt und von der O-GlcNAcase (OGA) welche es entfernt. Diese Modifikation ist entscheidend für verschiedene zelluläre Prozesse wie etwa Transkription, Translation, Signalweiterleitung und Metabolismus. Trotz ihrer Wichtigkeit ist die genaue Funktionsweise dieser Modifikation noch recht wenig verstanden. Interessanterweise haben Pflanzen und Hefen ähnliche Systeme, verwenden jedoch andere Zucker. In Pflanzen werden Proteine mit O-GlcNAc und O-Fucose modifiziert während Hefen O-Mannose verwenden. Diese Modifikationen sind essenziell für die Entwicklung, das Wachstum und das Überleben des Organismus. Eine zentrale Frage lautet, ob diese Modifikationen als zuckerspezifische Regulatoren wirken oder funktionell gegeneinander austauschbar sind. Ich werde eine OGT-Variante erzeugen, welche Glukose anstatt GlcNAc hinzufügt, und diese in Fruchtfliegen einbringen, wodurch dort alle O-GlcNAc Modifikationen durch O-Glucose ersetzt werden. Basierend auf den phänotypischen Merkmalen dieser Fruchtfliegen werde ich bestimmen, ob und welche Signalwege durch diesen Austausch betroffen sind. Darüber hinaus werde ich mithilfe von KI-basierten Protein-Design-Programmen Bindeproteine erzeugen, um diese Modifikation zu erkennen. Diese Bindeproteine werden von entscheidender Bedeutung sein, um modifizierte Proteine zu untersuchen und die damit verbundenen Auswirkungen zu verstehen. Durch diesen Ansatz kann ich ableiten, ob nachgeschaltete Regulationsmechanismen zuckerspezifisch sind, wodurch dieses Projekt bestehende Hypothesen, wie beispielsweise zuckerspezifische O-GlcNAc-Leser, in Frage stellt. Die Ergebnisse dieses Projekts werden unser Verständnis über diese wichtige regulatorische Proteinmodifikation erheblich verändern, was sich wiederum auf viele Krankheiten wie etwas Alzheimer und Parkinson auswirkt, die mit der Dysregulation von O-GlcNAc verbunden sind. Letztendlich zielt dieses Projekt darauf ab, unser Verständnis dieser Protein-Glykosylierung und ihrer Rolle in der zellulären Regulation neu zu definieren.

• DFG-Verfahren: WBP Stipendium
• Internationaler Bezug: Dänemark
• Gastgeber: Professor Dr. Daan van Aalten