Mechanismus der Sortierung von sekretorischen Proteinen am trans-Golgi-Netzwerk

• Antragstellerin: Professorin Dr. Julia von Blume, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 323442537

Die Sortierung von Proteinen zur Zelloberfläche oder zur Sekretion bestimmt die Funktion und Aktivität von beispielsweise Insulin, Kollagenen, Antikörpern, Zelloberflächenrezeptoren, sekretierten Proteasen und G-Protein gekoppelte Rezeptoren (GPCRs). Die Verpackung dieser Proteine in spezifische Transportvesikel erfolgt über das trans-Golgi-Netzwerk (TGN), das somit deren Transport zum Bestimmungsort determiniert. Die Sortierung von lysosomalen Hydrolasen im TGN erfolgt über den Mannose-6-Phosphat-Rezeptor und ist gut aufgeklärt. Die Sortierung von sekretorischen Proteinen ist jedoch ungeklärt. In den letzten Jahren haben wir einen neuen Mechanismus der Sortierung von sekretorischen Proteinen entdeckt, der über das Aktin Zytoskelett die Aktivierung der Transmembran-Ca2+ ATPase SPCA1 moduliert. Das induziert einen lokalen Ca2+ Einstrom am TGN, der dazu führt, dass sekretorische Proteine an das Ca2+ bindende Cab45 binden und in Vesikel zur Zelloberfläche sortiert werden. Das mechanistische Zusammenspiel dieser Komponenten ist bisher unbekannt. Deshalb ist unser Ziel diesen fundamental bedeutsamen Mechanismus aufzuklären. Mittels Massenspektrometrie und modernen Methoden des genome editing werden wir neue Komponenten der Sotierungsmaschierie identifizieren. Super-auflösendende Mikroskopietechniken und DNA-PAINT multiplexing werden eingesetzt um die Organisation von bekannten und neu identifizierten Proteinen im Komplex am TGN zu bestimmen. Die Dynamik und Interaktion der Proteine, die letztlich zur Ca2+-abhängen Sortierung führt wird mit life cell imaging visualisiert und quantifiziert werden. Letztlich werden wir alle Komponenten des Systems in zellfreien Assays und in artifiziellen Membranen rekonstituieren um die essentiellen Komponenten der Maschinerie zu bestimmen. Die Ergebnisse dieser Experimente werden dazu führen, ein molekulares Verständnis eines zellbiologischen Prozesses aufzuklären, der für die Zellkompartimentierung und Gewebeorganisation und Funktion essentiell ist.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen