Die Sekundärstruktur der naszierenden Polypeptikette als regulatorisches Element bei der Translokations ins Endoplasmatische Retikulum; Mechanismen und pathophysiologische Auswirkungen

• Antragsteller: Professor Dr. Jörg Tatzelt
• Fachliche Zuordnung: Biochemie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 408017424

Etwa 25-30% aller Proteine im Zytosol eukaryontischer Zellen werden in die Plasmamembran integriert oder sekretiert. Membranintegration und Import in das Lumen des Endoplasmatischen Retikulums (ER) wird hauptsächlich durch einen heterotrimeren, hoch konservierten Membranproteinkomplex vermittelt, der in Eukaryonten Sec61- und in Bakterien SecY-Komplex genannt wird. Ein wesentlicher Anteil sekretorischer Proteine enthält N-terminale Signalpeptide, die den Transport der naszierenden Kette an das Sec61-Translokon vermitteln und die Translokation in das ER-Lumen initiieren. Fehler bei der Zielsteuerung kann fatale Folgen haben. Erstens kann es zu einem Verlust essentieller Proteine kommen (’loss of their physiological function) und/oder der Bildung von zytosolischen Aggregate mit toxischen Aktivitäten ('gain of toxic function'). Beispielsweise zeigten transgene Maus- und Säugetierzellkulturmodelle die neurotoxische Aktivität von fehlgesteuertem Prionprotein im Zytosol. Daher haben sich Qualitätskontroll-Wege entwickelt, um fehlgesteuerte Proteine zu beseitigen. Unsere Arbeiten haben gezeigt, dass weder die SecY-Translokase in Baketerien noch die Sec61-Translokase in eukaryotischen Zellen in der Lage ist, intrinsisch unstrukturierte Domänen (IDDs) effizient ins Periplasma bzw. ER-Lumen zu transportieren. Unser Forschungsvorhaben zielt auf ein detailliertes Verständnis der Mechanismen ab, durch die Strukturelemente der Polypeptidkette den Translokations-Prozess modulieren können. Desweiteren untersuchen wir pathophysiogische Effekte eines beeinträchtigten ER-Imports. Insbesondere werden wir den Fragen nachgehen, wie sekretorische Proteinen mit ausgedehnten N-terminalen IDDs effizient transloziert werden und welchen Einfluss proteotoxischer Stress und die Bildung neurotoxischen Proteinaggregaten auf den ER-Import haben. Schließlich werden wir den Effekt einer ungeschnittenen Signalsequenz auf Degradierung, intrazellulärem Transport und zytotoxischer Aktivität analysieren. Die Versuchsansätze enthalten in vitro und Bakterien-, Hefe- und Säugetier-Zellkultur-Modelle, einschließlich primärer Neurone und Mausmodelle neurodegenerativer Erkrankungen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen