Decodierung der molekularen Mechanismen der Zielsteuerung und Integration von Membranproteinen

• Antragsteller: Professor Dr. Hans-Georg Koch
• Fachliche Zuordnung: Biochemie
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 263098192

Die räumliche und zeitliche Koordination von Proteintransport-Wegen ist essentiell in allen Lebewesen und insbesondere von Bedeutung für aggregations-gefährdete Membranproteine. Die enorme funktionelle Diversität von Membranproteinen spiegelt sich in einer ebenso hohen strukturellen Vielfalt wider, die unmittelbaren Einfluss auf den Insertionsmechanismus hat. In Bakterien wird der größte Teil der Membranproteine co-translational durch das „Signal recognition particle“ (SRP) erkannt, das Ribosomen-assoziierte naszierende Proteine (RNCs) entweder zum SecYEG Translokon oder zur YidC Insertase zielsteuert. Wie SRP zwischen SecYEG und YidC differenziert ist unbekannt. Der SRP-Rezeptor FtsY koordiniert den Transfer der RNCs von SRP zu SecYEG, die Zielsteuerung zu YidC scheint aber FtsY-unabhängig zu sein. Dies würde auf eine bislang unbekannte und atypische Zielsteuerungsfunktion von SRP hindeuten. Eine solche atypische Zielsteuerung durch SRP ist auch für spezielle Membraneproteine zu erwarten, wie z.B. „tail-anchored“ Proteine. Die exakte Untersuchung dieser untypischen SRP Reaktionen und die mögliche Beteiligung von anderen Chaperonsystemen versprechen einen tieferen Einblick in die enorme Plastizität von Proteintransport-Wegen. Das SecYEG Translokon bildet einen hoch-dynamischen Proteinkomplex, aber die genaue Funktion der bereits bekannten sowie der von uns neu identifizierten Partnerproteine ist weitgehend unbekannt. Unsere Beobachtung, dass einige dieser Proteine tief von der periplasmatischen Seite in den SecY Kanal hereinragen, könnte dafür sprechen, dass diese Proteine eine Zugkraft ausüben könnten. Während das SecYEG Translokon dynamisch mit einer Vielzahl von Partnerproteinen interagiert, wird YidC überwiegend als singuläre Einheit beschrieben. Allerdings fehlen bislang detaillierte Untersuchungen zu YidC Partnerproteinen und es erscheint wahrscheinlich, dass auch die in vivo Funktion von YidC in ein dynamisches Proteinnetzwerk eingebunden ist. Die Identifizierung dieser Partner ist auch deshalb von besonderer Bedeutung, da YidC Homologe auch in Archaeen und in der ER Membran identifiziert wurden und so Gemeinsamkeiten und Unterschiede des YidC Netzwerkes bestimmt werden können. Ein Translations-unabhängiger Zielsteuerungsweg für bakterielle Membranproteine wurde ebenfalls postuliert und erhöht die Komplexität der Zielsteuerungswege. Durch Einzelmolekül-Untersuchungen in vivo und biochemische Analysen in vitro sollen die zugrunde liegenden Mechanismen der mRNA Zielsteuerung identifiziert werden. Zusammenfassend sollen in dem vorliegenden Antrag die Diversität von Zielsteuerungsmechanismen analysiert werden, ihre Interaktion mit Chaperonsystem identifiziert werden sowie die Dynamik von Insertionskomplexen bestimmt werden. Diese Untersuchungen versprechen neue Einblicke in die Plastizität von Zielsteuerungs- und Transportwegen, die für die Lebensfähigkeit der Zelle essentiell sind.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen