Endolysosomales Targeting der Protein Kinase A durch ARHGAP36

• Antragsteller: Dr. Oliver Rocks
• Fachliche Zuordnung: Biochemie ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 420526360

Die Protein Kinase A (PKA) ist zentraler Vermittler cAMP-abhängiger Signalwege G Protein gekoppelter Rezeptoren. Sie ist an der Regulation wichtiger zellulärer Prozesse wie der Embryonalentwicklung oder dem Energiestoffwechsel beteiligt. Für eine verlässliche Signalwirkung muss die Kinase präzise kontrolliert werden. Eine fehlerhafte Regulation kann zu schwerwiegenden Erkrankungen wie Krebs führen. In einer vorangegangenen Arbeit haben wir das Rho GTPase aktivierende Protein ARHGAP36 als neuen potenten PKA Inhibitor charakterisiert. ARHGAP36 blockiert die Kinasefunktion der PKA, indem es über ein Pseudosubstratmotif an die katalytische Untereinheit (PKAC) bindet. Darüber hinaus vermittelt es den raschen Ubiquitin-abhängigen Abbau von PKAC. Beide Mechanismen führen zur Blockierung der PKA Signalfunktion. Hochreguliertes ARHGAP36 trägt möglicherweise als Onkogen zur Entstehung von Medulloblastomen bei. Der Abbau von PKAC erfolgt nicht, wie erwartet, über das Proteasom, sondern über das endolysosomale System, welches üblicherweise für die Degradation von Transmembranproteinen vorgesehen ist. Die hierbei zugrundeliegenden molekularen und zellulären Mechanismen sind bislang nicht bekannt. Ziel dieses Antrags ist es, den Mechanismus der ARHGAP36-vermittelten Ubiquitinierung von PKAC aufzuklären und zu verstehen, wie der Übergang der Kinase vom Zytosol in den endolysosomalen Pathway vermittelt wird. In Vorarbeiten haben wir bereits die Beteiligung von ESCRT (endosomal sorting complexes required for transport) Proteinen gezeigt. Wir beabsichtigen nun 1.) die E3 Ligase zu identifizieren, die PKAC in Anwesenheit von ARHGAP36 ubiquitiniert, und ihre Regulation zu erforschen, 2.) zu untersuchen, wie ARHGAP36 das Aufeinandertreffen von PKAC mit der Ligase und das anschließende Einschleusen der Kinase in das endosomale Transportsystem vermittelt und 3.) zu verstehen, wie ARHGAP36 und PKAC zu multivesikulären Körpern sequestriert werden und wie sich ARHGAP36 schließlich der lysosomalen Degradation entzieht. Die Ergebnisse dieser Arbeit tragen gleichzeitig zur Aufklärung eines neuen Regulationsmechanismus eines essentiellen und ubiquitären Signalwegs und zum Verständnis eines unüblichen zellulären Transportwegs bei. Die dabei gewonnenen Erkenntnisse könnten zur gezielten Störung einer fehlerhaften Funktion von PKA und möglicherweise auch anderer Signalwege genutzt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen