Struktur-Funktions-Analyse der PMCA-Neuroplastin-Komplexe, der nativen Ca2+-Pumpe der Plasmamembran

• Antragsteller: Professor Dr. Bernd Fakler
• Fachliche Zuordnung: Strukturbiologie ; Biochemie
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 446245862

Kalzium (Ca2+)-vermittelte Signalübertragung steuerte eine Vielzahl zellulärer Prozesse und Reaktionskaskaden von der Transmitterfreisetzung und der muskulären Kontraktion bis zur Regulation von Enzymaktivitäten und Zellbewegung: Alle diese Prozesse werden durch den Einstrom von Ca2+ ins Zytoplasma angestoßen und durch Ca2+-Transport aus dem Zytoplasma beendet. Letzteres erfolgt insbesondere durch ATPasen (oder Pumpen), die im Sarco-/Endoplasmatischen Reticulum (SERCA) oder in der Plasmamembran (PMCA) lokalisiert sind. Vor kurzem konnten wir zeigen, dass die klassischen Ca2+-Pumpen der Plasmamembran bimolekulare Proteinkomplexe sind, die sich aus zwei ATPase-Untereinheiten (PMCAs1-4) und zwei bislang unbekannten Membranproteinen, Neuroplastin oder Basigin, zusammensetzen. Die Bindung der beiden letztgenannte Proteine an die PMCA-Untereinheiten ist für Stabilität und Transport der Komplexe an die Zellmembran zwingend erforderlich, ebenso wie für den Transport von Ca2+. Die Transportrate wird durch die Neuroplastin/Basigin-Bindung um zwei Größenordnungen gesteigert, wodurch das ‘Ca2+-clearing‘ nur wenige 10 Millisekunden dauert, und nicht Sekunden, wie lange Zeit angenommen. Die strukturellen und funktionellen Grundlagen der erhöhten Transportaktivität sind allerdings ebenso unbekannt, wie die Rolle der beiden Hilfsuntereinheiten für die Zellbiologie der nativen PMCA-Pumpen. Dieser Antrag verfolgt ein umfassendes Verständnis der strukturellen und funktionellen Grundlagen des Zusammenbaus und der Arbeitsweise von PMCA-Neuroplastin/Basigin Koomplexen. Zu diesem Zweck werden wir die nachfolgenden Arbeiten und experimentellen Ansätze durchführen: (1) Darstellung der 3D-Struktur von PMCA2-Neuroplastin and PMCA4-Basigin Komplexen, sowie von PMCA2 ohne Hilfsuntereinheiten mittels Kryo-EM, (2) Struktur-Funktions-Analysen des Ca2+-Transports von PMCA-Neuroplastin/Basigin Komplexen und (3) Darstellung des Interaktoms nativer PMCA-Transporter mit Schwerpunkt auf Interaktionen über die Ig-Domänen von Neuroplastin und Basigin.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Partnerorganisation: Agence Nationale de la Recherche / The French National Research Agency