Funktion und molekularer Mechanismus der Signalpeptid-Peptidase (SPP) in der regulierten Membranproteinmengenkontrolle

• Antragsteller: Professor Dr. Marius Lemberg
• Fachliche Zuordnung: Biochemie ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 407070872

Intramembranproteasen haben die ungewöhnliche Eigenschaft Peptidbindungen innerhalb der Lipiddoppelschicht zellulärer Membranen zu schneiden, obwohl dieses Umfeld eine wasserabhängige Reaktion offenkundig nicht ermöglicht. Diese ungewöhnlichen Enzyme umfassen S2P, Rhomboide, RCE1, Presenilin/γ-Secretase, die Signalpeptid-Peptidase (SPP) und ‚SPP-like’ Proteasen. Intramembranproteolyse wurde ursprünglich als Aktivität beschrieben, die selektiv bioaktive Peptide von der Membran freisetzt. Wir schlagen jedoch vor, dass diese in der Evolution weit verbreiteten Proteasen primär zur Kontrolle der Membranproteinhomöostase beitragen. Im Einklang mit dieser Hypothese haben wir jüngst beschrieben, dass das SPP Ortholog Ypf1 in der Bäckerhefe Proteinabbau im Endoplasmatischen Retikulum (ER) reguliert. Wir haben diesen Abbauweg, der Nährstofftransporter dem Bedarf der Zelle anpasst, als ERAD-R (‚ER Associated Degradation-Regulatory’) bezeichnet. Im Einklang mit einer solchen Funktion konnten wir und andere zeigen, dass humanes SPP funktionell mit dem ERAD-Faktor Derlin1 und der E3 Ubiquitin-Ligase TRC8 interagiert und einen 500-kDa Komplex bildet. Dieser ERAD-SPP Komplex prozessiert bestimmte endständig-verankerte und Typ-II Membranproteine. Die Parallelen zu Ypf1 deuten auf einen evolutionär konservierten Mechanismus hin. Indes, ist die molekulare Funktion von SPP in ERAD und seine physiologische Funktion in Menschen eine wenig verstandenes Gebiet. Unsere jüngsten unveröffentlichten Arbeiten zeigen, dass humanes SPP die Menge der Squalensynthase FDFT1 kontrolliert, was als wichtige Verzweigungsstelle zwischen der Cholesterinsynthese und eines sterolunabhängigen Arms des Isoprenoid Stoffwechselwegs fungiert. Hier schlagen wir vor, durch systematische proteomische Untersuchungen das physiologische Substratspektrum von SPP zu bestimmen, und den molekularen Mechanismus von ERAD-R in der regulierten Proteinmengenkontrolle aufzuklären. Spezifische Ziele sind: 1.) Systematische Identifizierung physiologischer SPP Substrate 2.) Untersuchung der Funktion von SPP-vermittelter ERAD-R 3.) Entschlüsselung der regulatorischen Prinzipien und Mechanismen Zu diesem Zweck planen wir SPP in etablierten zellbasierten Testsystemen zu untersuchen und den ERAD-SPP-Komplex in vitro zu rekonstituieren. Zusammengenommen eröffnet dieses Projekt eine neue Sichtweise der Proteinhomöostase in eukaryotischen Zellen, mit weitreichenden Implikationen in eine Vielzahl essentieller Prozesse wie die Regulation der Lipidsynthese und den Abbau polytopischer Membranproteine.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen