Prozessiertes Sonic hedgehog - ein proteolytisch aktives Signalmolekül?

• Antragsteller: Professor Dr. Kay Grobe; Professor Dr. Oliver Schilling
• Fachliche Zuordnung: Entwicklungsbiologie ; Biochemie ; Evolutionäre Zell- und Entwicklungsbiologie der Tiere
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 246417003

Wesentliche entwicklungsbiologische Fragestellungen betreffen die Mechanismen der Zell-Zell Koor-dination während des embryonalen Wachstums. Sekretierte Proteine der Hedgehog (Hh) Familie steuern das Verhalten von Zielzellen in einiger Entfernung von der produzierenden Zelle und kontrol-lieren so embryonales Wachstum und Musterbildung. Die Hh Funktion ist jedoch in vielfacher Hinsicht ungewöhnlich. Hh Zinc-Metalloproteine werden zunächst als dual lipidmodifizierte (und somit memb-rangebundene) Moleküle sezerniert, assemblieren auf der Zelloberfläche zu mikroskopisch detektier-baren Multimeren und werden dennoch in löslicher Form freigesetzt. Der resultierende Konzentrati-onsgradient scheint hierbei durch die Proteinlipidierung mitbestimmt zu werden. Aus diesem Grund sind der zugrundeliegende Hh-Freisetzungsmechanismus und dessen Relevanz für die Gradientenbil-dung Gegenstand intensiver Untersuchungen. Wir konnten kürzlich zeigen, dass multimere Sonic Hh (Shh) Komplexe durch A Metalloprotease And Disintegrin (ADAM)-mediiertes Shedding von der produzierenden Zelle abgelöst werden. Die hierbei beobachtete proteolytische Abspaltung des N-terminalen lipidierten Peptids führt zu einer gleichzeiti-gen Shh Aktivierung, bedingt durch die Exponierung der Rezeptor (Patched, Ptc) Bindestelle nach Abtrennung des diese Bindestelle zunächst blockierenden N-terminalen Peptids. Interessanterweise enthält die Ptc-Bindestelle aller Hhs aus Wirbeltieren ein tetrahedral koordiniertes Zinkion. Die struktu-relle Anordnung des Zinkions und der koordinierenden Aminosäuren entspricht der in Lysostaphin-Metalloproteasen. In diesem Antrag postulieren wir daher, dass gesheddetes, N-terminal verkürztes Shh selbst eine aus der inaktiven Proform generierte aktivierte Protease darstellt. Intrinsische Shh-Proteaseaktivität könnte über die Prozessierung von Matrixmolekülen und/oder Selbstverdau die Hh Morphogenfunktion und Gradientenbildung wesentlich beeinflussen.Basierend auf vorläufigen, diese Hypothese unterstützenden Daten möchten wir die proteolytische Shh Aktivität bestätigen und überdies die Shh Spezifität und Aktivität mittels moderner Methoden der Substratprofilierung bestimmen. Zusätzlich planen wir, die in vivo Funktion der aktivierten Hh Zink-Koordinierungsstelle im genetisch sehr gut charakterisierte Drosophila Modell zu untersuchen. Wir erwarten von diesen Untersuchungen faszinierende Einsichten in Protease-abhängige Hh-Morphogenfunktionen in vivo und in vitro, die wichtige Beiträge zum Verständnis Hh-abhängiger Vor-gänge in der Entwicklung oder bei Erkrankungen liefern können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen