Strukturelle Grundlagen der Protein-O-Mannosylierung

• Antragstellerin: Professorin Dr. Irmgard Sinning
• Fachliche Zuordnung: Strukturbiologie ; Biochemie
• Förderung: Förderung seit 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 289991887

Glykosylierung von Membranproteinen und sekretorischen Proteinen auf dem sekretorischen Weg ist die häufigste und vielfältigste post-translationale Modifikation, bei der Zuckermoleküle kovalent mit spezifischen Aminosäuren verknüpft werden. Die wichtigsten Vertreter sind die N- (Asparagin-verknüpfte) Glykosylierung und die O-Mannosylierung. Die Glykosylierung beeinflußt eine Vielzahl zellulärer Prozeße und ist evolutionär konserviert. In Hefe interferieren Defekte in der O-Mannosylierung z.B. mit der ER Homöostase und verursachen Wachstumsdefekte, embryonale Sterblichkeit oder schwere CDGs (congenital disorders of glycosylation). Die Protein-O-Mannosyltransferasen (PMTs, POMTs) sind integrale Membranproteine des ER und katalysieren den Mannosyltransfer auf Serin und Threonin. Sie bilden Homo- und Heterodimere, aber ihre dreidimensionale Struktur ist nicht bekannt. In Hefe kann der Pmt1:Pmt2 dimer mit dem Oligosaccharyltransferase (OST) Komplex, dem Sec61, sowie dem tetrameren Sec63Komplex interagieren. Diese Wechselwirkungen sind vermutlich transient und können von der Lipidumgebung und/oder dem Substratprotein beeinflußt werden. Erstaunlicherweise ist ungeachtet der zentralen Bedeutung der O-Mannosylierung noch sehr wenig über ihre molekularen Mechanismen bekannt. Unser Ziel ist daher, die Struktur- und Funktionsanalyse der PMTs mittels eines integrativen strukturbiologischen Ansatzes fokussiert auf PMT4. Wir werden die Oligomerisierung, die Interaktion mit und Regulierung durch Lipide, sowie die Interaktion mit dem Translokon untersuchen, und eingebettet in diese Forschergruppe unsere detailierten strukturellen und biochemischen Ergebnisse zu einem übergreifenden Verständnis der O-Mannosylierung zusammenfügen. Da die Strukturanalyse von PMTs ein riskantes Projekt darstellt, werden wir als Backup Projekt (mit P9 Thiel) die Alg1, 2, und 11 Proteine zunächst hinsichtlich ihrer Interaktionen über die löslichen Domänen untersuchen. Die ALG (asparagine-linked glycosylation) Proteine sind an der Synthese der finalen Oligosaccharid-Verknüpfungen beteiligt und fügen fünf Mannose-Reste hinzu. Unsere Untersuchungen sollen letztlich zeigen, wie Mutationen in CDG-Patienten die enzymatische Kaskade beeinflussen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 2509: Das Zusammenspiel Dolichol-abhängiger Glykosylierungstypen: von Molekülen zu Krankheitsmodellen