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Projekt
Die Rolle redoxaktiver Thiole bei der Biogenese cytosolischer und nukleärer Eisenschwefel-Proteine
Antragsteller
Professor Dr. Roland Lill
Fachliche Zuordnung
Biochemie
Zellbiologie
Zellbiologie
Förderung
Förderung von 2014 bis 2021
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 251858339
Eisen-Schwefel (Fe/S) Proteine in Mitochondrien, Cytosol und Zellkern erfüllen wichtige Aufgaben im Stoffwechsel, der Zellatmung, der Protein-Translation, der Synthese und Reparatur von DNA sowie in der Virenabwehr. Fe/S Cluster werden durch komplexe molekulare Maschinerien in den Mitochondrien und im Cytosol zusammengebaut und in Apoproteine inseriert. Die cytosolische Fe/S Protein-Assemblierungsmaschinerie (CIA) umfasst zehn bekannte Hefe-Proteine, die den Reifungsprozess in drei Schritten bewerkstelligen. Zuerst wird ein [4Fe-4S] Cluster auf einem sog. Scaffold-Komplex (Cfd1-Nbp35) synthetisiert, wozu Mitochondrien als Schwefeldonor und eine Elektronentransportkette zur Reduktion erforderlich sind. Der Fe/S Cluster wird dann durch Nar1 und den sog. CIA-Targeting-Komplex Cia1-Cia2-Mms19 zielspezifisch auf Apoproteine übertragen. Schließlich rekrutiert der Yae1-Lto1-Adaptorkomplex das Fe/S-Protein Rli1 zum CIA-Targeting-Komplex zur hoch spezifischen Reifung. Eine zentrale Komponente des CIA-Targeting-Komplexes, Cia2, enthält eine der reaktivsten zellulären Thiolgruppen (Cys161 in Hefe), die im Zentrum dieses Projektes steht. In der laufenden Förderperiode haben wir Cia2 als generellen Fe/S Proteinbiogenesefaktor charakterisiert und dabei spektroskopisch nachgewiesen, dass Cys161 einen [4Fe-4S] Cluster zwischen zwei Cia2-Monomeren koordiniert. Auf Basis dieser (und anderer) Befunde werden wir nun fünf Themen bearbeiten. Zuerst werden wir durch ein in vitro System den Assemblierungs- und Dissoziationswegs des Cia2 [4Fe-4S] Clusters rekonstituieren, um u.a. aufzuklären, welche weiteren CIA Faktoren beteiligt sind. Zweitens werden wir versuchen, die Bindung von Fe/S Clustern an Cia2 in vivo nachzuweisen, z. B. durch Detektion der Cluster-abhängigen Cia2 Dimerisierung. Drittens werden wir untersuchen, ob das hyperreaktive Cys161 andere post-translationale Modifikationen wie Disulfidbrückenbildung oder Glutathionylierung erfährt, insbesondere unter Bedingungen erniedrigter zellulärer Thiolreduktaseaktivität, die mit einem cytosolischen Fe/S-Protein Biogenesedefekt assoziiert ist. Viertens werden wir testen, ob bakterielle Cia2 Homologe ebenso in der Lage sind, einen [4Fe-4S] Cluster zu binden. Fünftens werden wir untersuchen, wie Cia2 seine hohe Zielproteinspezifität bei der Fe/S-Cluster Insertion erreicht. Hierzu werden wir insbesondere die beiden humanen Isoformen CIA2A und CIA2B ausnutzen, die nach neuen Erkenntnissen an verschiedene, kurze Regionen des antiviralen Radikal-SAM Fe/S Proteins Viperin binden. Zusammenfassend werden unsere Untersuchungen zu einem besseren molekularen Verständnis der mechanistischen Funktion einer der reaktivsten zellulären Thiolgruppen bei der Fe/S Proteinbiogenese beitragen.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
