Mechanismen von [4Fe-4S]-Cluster-Insertionen in der zytosolischen Eisen-Schwefel-Protein-Komponente Nar1

• Antragsteller: Joseph James Braymer, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Biochemie ; Strukturbiologie ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 428147805

Der spezifische Transfer und die Insertion von Protein-Cofaktoren ist ein wichtiger Aspekt einer Vielzahl von zellulären Reaktionen. Die Zelle verfügt über verschiedene Mechanismen, wie ein Cofaktor in ausgewählte Proteine eingesetzt wird. Eine Mehrheit der Metall- oder bioanorganischen Cofaktor-Transferreaktionen wird durch Proteinwechselwirkungen gesteuert. Jedoch ist bisher unklar, für wie viele Metalloproteine dies gilt, und wie Cofaktoren von einem Protein zum nächsten weitergegeben werden. Dies gilt insbesondere für Eisen-Schwefel-(Fe/S)-Cluster, die ubiquitär in Bakterien, Archaeen und Eukaryoten vorkommen. Im Modellorganismus Saccharomyces cerevisiae bilden 18 mitochondriale Fe/S-Cluster (ISC) Assemblierungsproteine und 11 zytosolische Fe/S-Protein-Assemblierungs- (CIA)-Komponenten ein komplexes zelluläres Netzwerk, welches Fe/S-Cluster synthetisiert, transportiert und in Ziel-Apoproteine einfügt. Ein interessanter Aspekt der CIA Maschinerie in Eukaryoten ist, dass viele der CIA Faktoren selbst einen oder zwei Fe/S-Cluster binden, aber es bisher kaum verstanden ist, wie diese CIA-Komponenten selbst assembliert werden. Das CIA Protein Nar1 ist einerseits beim [4Fe-4S] Cluster-Transfer mittels eines labil gebundenen [4Fe-4S] Clusters innerhalb des CIA Systems beteiligt, benötigt andererseits aber auch einen im Protein verborgenen, stabil gebundenen [4Fe-4S] Cluster. Darüber hinaus ist Nar1 sequenzähnlich zu bakteriellen [FeFe]-Hydrogenasen, besitzt jedoch keine Hydrogenasefunktion. Warum sich ein Hydrogenase-ähnliches Protein zu einem essentiellen eukaryotischen Cofaktor-Transferprotein entwickelt hat, ist eine der zentralen offenen Fragen der Fe/S-Clusterbiogenese. Ziel dieses Vorhabens ist es, eine Kombination aus in vivo, in vitro und biophysikalischen Studien zu verwenden, um die Mechanismen der [4Fe-4S]-Cluster-Insertion in Nar1 zu ermitteln und diese Informationen zur Bestimmung der physiologischen Funktion von Nar1 zu nutzen. S. cerevisiae wird als genetisch veränderbarer Organismus verwendet, um die Funktion von Nar1 zu untersuchen. Einsichten in den molekularen Mechanismus von Nar1 werden für in vitro Rekonstitutionsreaktionen zum Fe/S-Cluster-Transfer zu und von Nar1 verwendet, die mit Hilfe von isotopenangereicherten Fe/S-Clustern quantifiziert werden. Die genaue biophysikalische Charakterisierung von nativem Nar1 soll durch Interaktionsmessungen, spektroskopische Fe/S-Cluster-Analysen und röntgenkristallografische Strukturbestimmung erfolgen. Die Aufklärung der molekularen Funktion von Nar1 wird unser Verständnis der vielfältigen Möglichkeiten, wie Fe/S-Cluster in Apoproteine eingefügt und von ihnen transferiert werden, entscheidend verbessern. Dies wird auch unsere Kenntnisse erweitern, wie Störungen im Fe/S-Cofaktortransfer zu sogenannten 'Fe/S-Erkrankungen' führen können.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1927: Iron-Sulfur for Life