Molekularer Mechanismus der Regulation des Hitzeschocktranskriptionsfaktors Hsf1 von Säugern

• Antragsteller: Professor Dr. Matthias Peter Mayer
• Fachliche Zuordnung: Biochemie ; Biophysik ; Strukturbiologie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 468811147

Die Hitzeschockantwort ist ein universelles, zellautonomes Transkriptionsprogramm. Sie wird durch ein Ungleichgewicht in der Proteinhomeostase induziert und in allen eukaryotischen Zellen vom Hitzeschocktranskriptionsfaktor Hsf1 orchestriert. Durch diese Funktion steht Hsf1 in Metazoen im Zentrum vieler physiologischer und pathophysiologischer Prozesse wie post-embryonale Entwicklung und Altern, Krebs und Neurodegeneration. Die Aktivität von Hsf1 wird durch intrinsische, stress-induzierte Konformationsänderungen, durch eine Vielzahl von post-translationalen Modifikationen und durch molekulare Chaperone und andere interagierende Proteine kontrolliert. Hsf1 aktiviert die Transkription von Hitzeschockgenen, in dem es die an der Transkriptionsstartstelle arretierte RNA-Polymerase II freisetzt. Trotz mehr als 40 Jahren intensiver Forschung ist der Mechanismus der Regulation der Hsf1 Aktivität auf molekularem Niveau nur sehr schlecht verstanden. Hsf1 vielzelliger Tier besteht aus eine DNA-Bindedomäne, aus Heptad-Wiederholsequenzen (HR-A und HR-B), welche unter Ausbildung einer sogenannten Leuzin-Reißverschluss-Struktur trimerisieren kann, einer regulatorischen Domäne, einer dritten Heptad-Region (HR-C), welche Trimerisierung durch Interaktion mit HR-A/B verhindert, und einer Transkriptionsaktivierungsdomäne.In einem zuvor von der DFG finanzierten Projekt demonstrierten wir, dass Hsf1 ein Thermosensor ist, dessen Aktivierung proportional zu Höhe und Dauer des Hitzestresses ist. Zudem konnten wir mit gereinigten Proteinen zeigen, dass Hsf1 durch Hsc70 und DnaJB1 von der DNA dissoziiert wird, indem Hsc70 trimeres Hsf1 monomerisiert. Hsc70 monomerisiert Hsf1-Trimere durch aufeinanderfolgend Zyklen eines durch Entropieerhöhung bewirkten Ziehens, wobei der drei-stängige Leuzin-Reißverschluss schrittweise aufgerissen wird.In diesem Projekt verfolgen wir vier Ziele. (1) Wir wollen Einblicke in die Struktur von monomerem, dimerem und oligomerem Hsf1 mittels Röntgenkristallographie und Kryo-Elektronenmikroskopie gewinnen. (2) Wir wollen Hsf1-Aktivitätssensoren auf der Basis des Biolumineszenzresonanzenergietransfers entwickeln. Solche Sensoren könnte für das Screening von Substanzen verwendet werden, die Hsf1-Aktivierung oder die Hsc70-vermittelte Hsf1 Inaktivierung inhibieren. (3) Wir wollen die Modulation des Hsf1-Aktivierungs-Attenuations-Zyklus durch posttranslationale Modifikationen in der Trimerisierungsdomäne und in der Nähe der Hsc70-Bindestellen, die für die Monomerisierung essentiell ist, analysieren. (4) Wir wollen die Interaktion von Hsf1 mit HSBP1 und SSBP1, welche Hsf1 inhibieren bzw. aktivieren sollen, mit biochemischen Methoden und Wasserstoffaustausch-Massenspektrometrie untersuchen, um deren Einfluss auf Hsf1 auf molekularem Niveau aufzuklären. Mit Zielen (3) und (4) wollen wir herausfinden, wie der zentrale Aktivierungs-Attenuations-Zyklus der Hsf1 Aktivität multiple Signale integriert und auf die Bedürfnisse der Zelle eingestellt wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen