Protein-S-Glutathionylierung in Caenorhabditis elegans - mit dem Fokus auf die Glutaredoxine und Omega-Klassen Glutathion S-Transferasen

• Antragstellerin: Professorin Dr. Eva Liebau
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie ; Biochemie und Physiologie der Tiere
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 299603540

Protein S-Glutathionylierung ist die reversible posttranslationale Bildung eines gemischten Disulfids zwischen Glutathion (GSH) und einer frei zugänglichen Thiolgruppe eines Proteins. Die S-Glutathionylierung ist ein wichtiger regulatorischer Bestandteil Kinase-abhängiger Signalwege, der Glykolyse und des Energiestoffwechsels, antioxidativer Enzyme, der Calcium-Homöostase, der Proteinfaltung, des Ubiquitin-Proteasoms und der Apoptose. Aufgrund dieser vielfältigen Aufgaben ist es nicht überraschend, dass die S-Glutathionylierung in Verbindung mit Krebs, Herz und Lungenerkrankungen, Diabetes und neurodegenerativen Erkrankungen gebracht wird. Neben Glutaredoxinen (GRXs), welche eine große Rolle bei der (De)Glutathionylierung spielen, könnten auch die Omega-Klasse Glutathion-S-Transferasen (GSTOs) an diesem Prozess beteiligt sein. Der Antrag ist Bestandteil unserer langjährigen Erforschung GSH-abhängiger Enzyme. Hierdurch möchten wir einen Beitrag zum Verständnis ihrer Rolle in der Redox-Homöostase sowie in der Anpassung an exogene Stressoren leisten. Der Modellorganismus C. elegans ist hervorragend geeignet um auf organismischer Ebene die vielfältigen physiologischen Funktionen von Redox-Regulatoren bei Tieren zu untersuchen. Ziel unserer Arbeit ist es, die Targetproteine der (De)Glutathionylierung unter normalen und oxidativen Stressbedingungen zu identifizieren. Hierbei werden wir uns auf die Identifizierung, Validierung und Analyse der spezifischen Targetproteine dreier dithiolischer GRXs und der GSTO-1 aus C. elegans konzentrieren. Für die Identifizierung der Targetproteine werden wir eine neuartige 'mutant protein trapping' Strategie verwenden. Dieses in vitro Verfahren basiert auf der Reduktion GSH-gemischter Disulfide durch CXXS-mutierte GRXs oder GSTOs, ihrer Markierung und Anreicherung gefolgt von proteomischer Analyse. Durch die Verfügbarkeit aller notwendigen rekombinanten GRXs und der GSTO-1 im Deglutathionylierungsschritt haben wir die konventionelle Methode erheblich verbessert, da so gezielt nur spezifische Targetproteine erfasst werden. Auch führt der Knockout der entsprechenden endogenen Redoxproteine in Wurmmutanten zu einer erheblich verbesserten Wechselwirkung zwischen den exogenen Redoxproteinen und ihren Targetproteinen. Unser in vivo Ansatz ermöglicht das trapping der Targetproteine in situ unter physiologischen Bedingungen. Nach Überprüfung der S-Glutathionylierung werden ausgewählte Targetproteine in vitro mittels Pulldown assay analysiert und in einer in vivo Interaktionsstudie verifiziert. Wir erwarten, dass die Identifizierung und weiterführende Analyse neuer S-glutathionylierter Targetproteine zu einer Kenntniserweiterung dieses essentiellen zellulären Prozesses führt und so eine Grundlage für neue therapeutische Strategien schafft.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen