Enzymatische und nicht-enzymatische in vivo Funktionen der SUMO Isopeptidase USPL1

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Klaus-Peter Knobeloch
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie ; Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung ; Biochemie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 398279577

Protein Modifikation durch Ubiquitin (Ub) und Ubiquitin–ähnliche Proteine (UBLs) beeinflusst mannigfaltige biologische Prozesse und wird durch Ub/UBL-Proteasen gegenreguliert. SUMO Modifikation ist eine der am besten untersuchten UBL-Modifikationen. In Eukaryoten ist die Dekonjugation von SUMO durch Sentrin Proteasen (SenP1-7) am besten verstanden und diverse Maus Studien belegen wichtige Funktionen von SenPs in verschiedenen physiologischen Prozessen wie z.B. Hypoxie, Hämatopoiese, Embryogenese und Inflammation. Ursprünglich dachte man, dass die Dekonjugation von SUMO nur von SenPs katalysiert wird. Kürzlich wurde jedoch USPL1 als eine SUMO-spezifische, nicht-SenP-Protease identifiziert, die zudem nicht-enzymatische Funktionen aufweist. Bis jetzt sind jedoch weniger als fünf Publikationen über USPL1 erschienen, molekulare Mechanismen sind kaum bekannt und die physiologische Relevanz ist gänzlich unklar. Wir haben nun Mäuse erzeugt, die eine konditionelle Inaktivierung von USPL1 (Uspl1fl/fl) erlauben, bzw. enzymatisch inaktives USPL1 exprimieren (Uspl1C224A). Unsere nicht-publizierten Vorarbeiten zeigen, dass (i)USPL1-Defizienz zu embryonaler Letalität führt und (ii) die induzierte Deletion in adulten Tieren in einer Anämie resultiert. Werden diese Tiere durch Knochenmarkstransplantation gerettet, zeigt sich eine Lebersteatose. (iii)Eine spezifische Deletion zeigt eine kritische Rolle in der Entwicklung von T Zellen. Im Gegensatz dazu konnten wir bisher keine dramatischen phänotypischen Auswirkungen in Uspl1C224A Tieren detektieren.Basierend auf diesen umfangreichen Vorarbeiten werden wir nun die physiologischen und molekularen Funktionen der enzymatischen und nicht-enzymatischen Eigenschaften von USPL1 mit folgenden Zielsetzungen näher untersuchen:1. Charakterisierung USPL1 abhängiger Zellen und Signalwege sowie der molekularer Funktion durch (i)Evaluierung der Funktion in ES Zellen und während der Embryogenese, (ii)Analyse der physiologischen und molekularen Rolle in differenzierten Zellen, der Leber und verschiedenen Organen, (iii)Definition der molekularen und enzymatischen Funktion im hämatopoietischen System.2. Identifizierung von Substraten und physiologisch relevanter Funktionen, die mit der enzymatischen Funktion von USPL1 assoziiert sind. Hierzu werden wir (i)Eine intensive pathologische und histologische Untersuchung der Uspl1C224A Tiere durchführen und die beobachtete Verschiebung in der T/B Zellverteilung näher untersuchen. (ii)Eine mögliche kompensatorische Regulation anderer SUMO-Proteasen untersuchen und evtl. durch doppel k.o Mäuse adressieren. Um adaptive Prozesse zu umgehen, werden wir die Konsequenzen nach konditioneller Inaktivierung der enzymatischen Aktivität von USPL1 analysieren.Wir erwarten, einen wichtigen Beitrag für das Verständnis der molekularen und physiologischen Rolle dieser kaum untersuchten Protease zu liefern und mit bisher nicht verfügbaren Modellsystemen weitergehende Analysen von USPL1 zu ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen