Rolle von Ubiquitinierung bei der Regulation lysosomaler Funktionen

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Dr. Anja Bremm; Professor Dr. Ivan Dikic
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie ; Biochemie
• Förderung: Förderung seit 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 323732846

Ubiquitinierung ist eine reversible post-translationale Modifikation, die an der Regulation der meisten zellulären Abläufe beteiligt ist. Das Anheften von Ubiquitin-Molekülen an ein Substrat kann entweder zu dessen proteasomalen oder lysosomalen Abbau führen oder diverse nicht-proteolytische Prozesse regulieren und somit die zelluläre Signaltransduktion beeinflussen. Unsere These ist, dass durch Ubiquitinierung lysosomaler und assoziierter Proteine verschiedene Funktionen dieser Organellen kontrolliert werden. Zu den wichtigen Beiträgen unsererseits in der ersten Förderperiode zählen die Verbesserung einschlägiger Proteomik-Technologien sowie biochemische und zellbiologische Studien von E3-Ligasen und Deubiquitinasen (DUBs), die uns erlaubten, neue Aspekte der Ubiquitin-vermittelten Signaltransduktion im Zusammenhang mit Lysosomen aufzudecken. Im Rahmen der zweiten Förderperiode planen wir nun weiterführende Untersuchungen zur funktionellen Rolle von regulatorischen Ubiquitin-Netzwerken am Lysosom. Wir werden analysieren inwieweit Störungen dieser Netzwerke zur Pathogenese von lysosomalen Speicherkrankheiten und dem Verlauf bakterieller Infektionen beitragen. Ziel unseres Projekts ist (i) die Charakterisierung der funktionellen Rolle der TRPML1- und LAPTM4B-Ubiquitinierung bei der Regulation der lysosomalen Biogenese und der Kalzium-abhängigen Signaltransduktion, (ii) die Analyse des lysosomalen Ubiquitinoms von TMEM55B KO Mäusen und von CLN3 KI Mäusen, einem etablierten Modell für das Batten-Syndrom, (iii) die Analyse der Serin-Ubiquitinierung von SNARE Proteinen (STX17 und Snap29) und deren Einfluss auf die Fission und Fusion von Lysosomen und assoziierten Vesikeln, und (iv) die Charakterisierung der physiologischen Konsequenzen nicht-proteolytischer Ubiquitinierungen am Ragulator-Komplex. Für diese Untersuchungen werden wir verschiedene biochemische und zellbiologische Verfahren mit modernsten mikroskopischen und massenspektrometrischen Methoden kombinieren. Durch diese kollaborativen Studien werden wir besser verstehen lernen, wie Ubiquitinierung individuelle lysosomale Proteine kontrolliert und so verschiedene lysosomale Funktionen reguliert. Darüber hinaus erwarten wir neue Einblicke in Signalprozesse, die einerseits den pathophysiologischen Veränderungen bei lysosomalen Speicherkrankheiten, andererseits Infektionen mit Legionella pneumophila zu Grunde liegen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 2625: Mechanismen der Lysosomalen Homöostase