Ubiquitinkonjugierende Enzyme – Aufklärung regulatorischer Mechanismen der Ubiquitinkettenbildung

• Antragsteller: Professor Dr. Marco Trujillo Linke
• Fachliche Zuordnung: Biochemie und Biophysik der Pflanzen
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 462017488

Die Ubiquitinierung ist ein zentraler Prozess, der eng mit der Regulation der meisten zellulären Prozesse verknüpft ist. E2-ubiquitinkonjugierende Enzyme (UBCs) katalysieren die Bindung von Ubiquitin an Substrate, indem sie eine Vielzahl an Wechselwirkungen koordinieren. Darüber hinaus sind sie maßgeblich für die Art der synthetisierten Ketten und damit für das Schicksal des modifizierten Proteins verantwortlich. E2s sind somit das Herzstück der Ubiquitinierungsreaktion. Adaptive Mechanismen ermöglichen es der Zelle, den stets dynamischen Bedarf an Ubiquitinierung sowie die damit abhängigen Prozesse anzupassen. Die dynamische Anpassung der Ubiquitinierungskaskade durch zelluläre Signale deuten auf eine enge Verflechtung zwischen dem Ubiquitin-Modifizierungssystem und anderen Signalgebungsnetzwerken. Trotz der zentralen Bedeutung der E2s gibt es kaum Informationen über Mechanismen, die ihre Aktivität regulieren. Das UBC35 E2 sowie das Homolog UBC36 sind die Hauptquellen von Lys63-verknüpften Ubiquitinketten (Lys63-Ketten) in Arabidopsis thaliana. Lys63-verknüpfte Ubiquitinketten spielen eine Schlüsselrolle in den vesikulären Transport integraler Membranproteine. Auf diese Weise tragen Lys63-Ketten zur Regulierung der Konzentration an plasmamembranständigen Proteinen. In unserer vorherigen Arbeit haben wir zeigen können, dass die Interaktion zwischen UBC35 und der E3-Ligase PUB22 während der Immunantwort induziert wird. PUB22 trägt zur Herunterregulation der durch plasmamembranständige Rezeptoren vermittelten Immunsignalgebung bei. Die mitogenaktivierte Proteinkinase 3 phosphoryliert und steuert so ihre Oligomerisierung sowie die Stabilität von PUB22. Phosphorylierungsstellen wurden zusätzlich an UBC35- sowie UBC36-Aminosäuren nachgewiesen, die an der Interaktion mit E1 und E3 beteiligt sind. Die Vielzahl der Interaktionen und Modifikationen, die auf dem UBC35/36 konvergieren, deuten auf eine Funktion als zentraler Knoten der zellulären Signalgebung hin. Wir stellen daher die Hypothese auf, dass Phosphorylierung die UBC35/36-Aktivität reguliert. Um die Regulationsmechanismen der Lys63-verknüpften Kettenbildung aufzuklären, werden wir: (i) neue UBC35/36-Phosphorylierungsstellen finden oder bestätigen, (ii) den Einfluss der Phosphorylierung auf die Ubiquitinierungsaktivität sowie auf die Wechselwirkung mit Reaktionspartnern untersuchen, darüber hinaus (iii) neue interagierende Proteine mit Augenmerk auf Kinasen identifizieren und schließlich (iv) die Beziehung zwischen UEVs und UBC35/36 funktional charakterisieren sowie die subzelluläre Lokalisation von UBC35 analysieren. Unsere Studien werden zu einem besseren Verständnis darüber führen, wie das Zusammenspiel mit kinasenvermittelter Signalgebung die Bildung von Lys63-verknüpften Ubiquitinketten reguliert. Darüber hinaus erwarten wir neue Einblicke in die Prozesse, die zur Aufrechterhaltung der zellulären Homöostase während der Immunantwort beitragen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen