Molekulare Mechanismen und Rolle der Säugetier 2-Oxoglutarat-abhängigen Oxygenasen AlkBH1 und AlkBH7

• Antragstellerin: Dr. Sabine Schneider
• Subject Area: Biochemie ; Strukturbiologie ; Zellbiologie
• Term: from 2020 to 2024
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 442081128

Unabhängig von der DNA-Sequenz, wird die Aktivität von Genen und Proteinen durch epigenetische Mechanismen durch anbringen, erkennen und entfernen von epigentischen Markern kontrolliert. Zu diesen Markern gehören kovalente Modifikationen von histonen, DNA und RNA mit Methylgruppen. Diese Methylgruppen spielen eine essentielle Rolle in vielen zellulären Prozessen. Verantworlich für räumliche und zeitliche Erhaltung dieser epigenetischen Marker sind sogenannte “Schreiber-” und “Radier-” Enzyme. Besondersprominente sind hierbei Enzyme der Familie der Fe2+- und Ketoglutarat (2OG)-abhängigen Oxygenasen. Etwa 70 Mitglieder dieser Fe(II)/2OG-Familie sind bis heute in allen drei Bereichen des Lebens bekannt. Diese Enzyme nutzen das Ko-Substrat 2OG um Eisen (II) zu binden und molekularen Sauerstoff zu aktivieren, um den molekularen Sauerstoff auf eine Methylgruppe zu übertragen, was entweder zu einem stabilen hydroxylierten Produkt (=Hydrolase) oder Demethylierung des Substrats durch oxidative Demethylierung (=Demethylases) führt. Dieses Forschungsprojekt addressiert die Unterfamilie der AlkB-Homologe (AlkBHs), die in einer Vielzahl von Organismen, wie z. B. Escherichia coli, Drosophila melanogaster, Cenorhabditis elegans. Schizosaccheromyces pombe und Säugetieren zu finden ist. In Säugetieren sind bisher 9 homologe AlkBH1-8 und das fat mass- and obesity-associated gene product (FTO) bekannt. Unterschiede in Sequenz, Strukturelemente und Domänen sind verantwortlich für die grosse Diversität in Substraten und biologischen Funktionen. Für einzelne Vertreter der AlkBHs in Säugetieren wurde gezeigt, dass ihr Funktionsverlust oder aberrante Expression und Aktivität mit einer Vielzahl von krankhaften Phänotypen assoziiert werden kann, wie Fettleibigkeit, starke Sensitivität für Entzündungsreaktionen, Fehlbildungen, Unfruchtbarkeit und Krebs, was die Bedeutung dieser Enzyme verdeutlicht. Allerdings ist der Zusammenhang zwischen molekularer Funktion und beobachteten Phänotyp für viele der humanen AlkBHs immer noch unklar. Ziel des hier beantragten Forschungsvorhaben ist die Aufklärung der molekularen Mechanismen, Substrate und Interaktionsnetzwerk von zwei humanen AlkBHs, AlkBH1 und AlkBH7. Um diese Ziele zu erreichen verwenden wir Methoden der Zellbiologie, der Massenspektrometrie und Strukturbiologie.

• DFG Programme: Sachbeihilfen