Mitochondriale Komplexe um das pro-apoptotische Bcl-2-Familienmitglied Bim: Struktur und regulatorische Funktion

• Antragsteller: Professor Dr. Georg Häcker
• Fachliche Zuordnung: Immunologie
• Förderung: Förderung von 2021 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 465442867

Mitochondriale Apoptose ist eine häufige Form des regulierten Zelltods im Immunsystem und anderen biologischen Situationen, und ist selbst reguliert durch ein komplexes Netzwerk von pro- und anti-apoptotischen Proteinen, hauptsächlich Mitgliedern der Bcl-2-Familie. Die Bcl-2-Familie umfasst zwei pro-apoptotische Gruppen (BH3-only Initiatoren und Bax/Bak, die Effektoren) und eine anti-apoptotische Gruppe (fünf „Bcl-2-artige“ Proteine), die einen entscheidenden Schritt der Apoptose, die Freisetzung von Cytochrom c, regulieren. Obwohl vieles über die Bcl-2-Familie bekannt ist, so sind doch erhebliche Aspekte ihrer Interaktion und Aktivität weiter unklar: Die Vielzahl an potentiellen Interaktionen innerhalb der Bcl-2-Familie generiert ein Netzwerk, das in vivo kaum zu kontrollieren und zu verstehen ist. Wir haben beobachtet, dass ein wichtiger Auslöser mitochondrialer Apoptose, das BH3-only Protein Bim, auf der mitochondrialen Außenmembran unerwartet nicht in Form von Monomeren sondern in einem großen Komplex vorliegt, der durch das kleine Protein Dynein Light Chain 1 (DLC1) koordiniert wird, und der spezifisch das anti-apoptotische Protein Mcl-1 sequestriert sowie ein zweites BH3-only Protein, Bmf, rekrutieren kann. Wir haben Bim-Komplexe in vitro rekonstituiert und beobachtet, dass Interaktionen von Bim mit sowohl DLC1 als auch Lipidmembranen für die Komplexbildung notwendig sind. Wir haben vorläufige Daten über Strukturänderungen, die durch DLC1-Bindung in Bim stattfinden und haben mit einer strukturellen Analyse von Bim-DLC1-Komplexen begonnen. Das Ziel dieses Projekts ist ein strukturelles Verständnis von Bim und Bim-Komplexen, sowie ein besseres Verständnis der Aktivierung von Bim während der Apoptose mit einem Fokus auf frühe Lymphozyten. Wir werden NMR und die Bim-Komplex-Partner Bmf, DLC1 und Mcl-1 in vitro benutzen, um die Raumstruktur zu verstehen, die in das intrinsisch unstrukturierte Bim durch ihre Bindung eingeführt wird. Wir werden die Reinigung in vitro-rekonstituierter Bim-DLC1-Komplexe fortsetzen mit dem Ziel einer hochauflösenden Struktur (Cryo-EM). Diese Ansätze werden Mutationszugänge erlauben, um Strukturen und Interaktionsstellen funktionell zu verstehen. Wir werden die Aktivierung von Bim durch Bcl-2-Antagonisten und durch proximale Apoptosesignale in Lymphozyten untersuchen und Änderungen in der Zusammensetzung der Komplexe analysieren. Hier werden wir insbesondere ein System von Lymphozytenvorläuferzellen und frühen B-Zellen der Maus benutzen. Alle Modelle der mitochondrialen Apoptose gehen von Interaktionen zwischen Einzelmolekülen innerhalb der Bcl-2-Familie bei Initiation und Inhibition der Apoptose aus. Unsere Vordaten deuten darauf hin, dass die Signaltransduktion der Bcl-2-Familie noch komplexer ist, und wir glauben, dass die Bim-Komplexe ein wichtiger Aspekt in der Regulation mitochondrialer Apoptose sind. Wir hoffen, dass diese Experimente einige unverstandene Aspekte aufklären werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen