Funktion und Regulation der Mono-ADP-Ribosylierung durch ARTD10 in der Signalübertragung und Genregulation

• Antragsteller: Professor Dr. Bernhard Lüscher
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie ; Biochemie
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 246008064

Posttranslationale Modifikationen (PTMs) von Proteinen spielen eine Schlüsselrolle in der intrazellulä-ren Kommunikation. PTMs kontrollieren die Funktionalität von Proteinen, indem sie deren Eigenschaf-ten, wie zum Beispiel Stabilität, subzelluläre Verteilung, Wechselwirkung mit anderen Makromolekülen und enzymatische Aktivität, verändern. Neben vielen bekannten PTMs wird zunehmend die Bedeutung der ADP-Ribosylierung erkannt, die in Zellen verschiedene wichtige Prozesse steuert, die unter anderem mit Entzündungsreaktionen, Tumorentstehung und Neurodegeneration assoziiert sind. Die ADP-Ribosylierung wird durch Enzyme ausgeführt, die ADP-Ribose von NAD+ auf Substrate übertra-gen. Mit ARTD10 haben wir die erste intrazelluläre, säugerzellkodierte Mono-ADP-Ribosyltransferase identifiziert. Unsere neuen Befunde sind für das Verständnis grundsätzlicher Funktionen der Mono-ADP-Ribosylierung (MARylierung) wichtig und zeigen: (i) MARylierung erfolgt in Zellen und reguliert physiologische Prozesse, (ii) MARylierung ist eine reversible PTM, (iii) MARylierung kann durch spezi-fische Macrodomänen gelesen werden und (iv) MARylierung kontrolliert verschiedene Signalwege. Das regulatorische Potential und die Biologie der MARylierung, einschliesslich der Enzyme, die diese Modifikation ausführen, lesen und wieder entfernen, sind in ihrer physiologischen Relevanz und Be-deutung bis jetzt jedoch nur ansatzweise verstanden. In diesem Antrag werden wir uns auf weitere grundlegende Fragestellungen konzentrieren. Das daraus gewonnene Wissen wird über die Rolle der MARylierung und der mit dieser PTM assoziierten Enzyme in der Regulation spezifischer Proteine, von Signalwegen und der Expression von Genen Auskunft geben. Zentral für die hier vorgeschlagenen Studien ist die spezifische Interaktion der Macrodomänen von ARTD8 mit Substraten, die von ARTD10 MARyliert wurden. Wir wollen diese Macrodomänen als Werkzeuge nutzen und weiterentwickeln, um MARylierung zu messen und zu untersuchen. Zur Veränderung von MARylierung in Zellen werden wir die Aktivität von ARTD10 mittels Überexpression, Knockdown und durch die Regulation von MAR-Hydrolasen in Zellen modulieren. Das Kartieren von MARylierungsstellen wird es erlauben, unsere mechanistischen Studien, zum Beispiel in der Regulation von Kinasen, weiter zu verfolgen. Zudem werden wir die physiologische Relevanz der Wechselwirkung von ARTD10 mit ARTD8 analysieren. Schlussendlich werden wir untersuchen, wie ARTD8 und ARTD10 durch MARylierung die Organisation des Chromatins und die Expression von Genen beeinflussen und somit die Nutzung der genetischen Information kontrollieren und wie die MARylierung mit anderen Histonmodifikationen wechselwirkt. Mit diesen Untersuchungen, die alle auf unseren eigenen Vorarbeiten beruhen, werden wir wichtige neue Beiträge zum Verständnis der MARylierung und der Rolle dieser PTM in der Kontrolle von physiologischen Prozessen leisten können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen