Integration zweier Konzepte innerhalb des WNT Signalwegs: Bildung eines Signalosoms und strukturelle Dynamik von Frizzleds

• Antragsteller: Dr. Jan Hendrik Voß
• Fachliche Zuordnung: Pharmakologie ; Biochemie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 520506488

Frizzleds (FZD1-10) gehören zur Klasse F der Superfamilie der G Protein-gekoppelten Rezeptoren (GPCRs) und sind Schlüsselfiguren in der Signaltransduktion von den löslichen Wingless-Int1 (WNT)-Signalproteinen. In der Embryonalentwicklung spielen WNT-Signalwege unter anderem eine Rolle in der Differenzierung, Polarisierung und Migration von Zellen und tragen im adulten Organismus zur Gewebshomöostase bei. Abnorme Signaltransduktion über WNTs und FZDs wurde unter anderem in Krebs, Fibrosen, Arthritis und Alzheimer beobachtet. In WNT-vermittelten Signalwegen bilden FZDs mit diversen Corezeptoren, wie zum Beispiel LRP5/6, Komplexe, die schlussendlich zur Stabilisierung des Transkriptionscofaktors β-Catenin führen. Im Zuge dessen bildet sich an der Zellmembran ein Komplex aus WNT, FZD, LRP und intrazellulären Proteinen, das sogenannte Signalosom. Aufgrund der Komplexität des WNT-induzierten Signalings sind viele Fragen mit Bezug auf die Struktur und Dynamik der Signalosombildung bislang unzureichend beantwortet. Dazu gehört zum einen die Stöchiometrie von FZD-LRP-Komplexen, wie auch eine genaue Charakterisierung ihrer Protein-Protein-Interaktionen. Überdies ist bislang unklar, welche Rolle strukturelle Dynamik der FZDs für deren Signalweiterleitung spielt: Ähnlich wie andere GPCRs wurde auch für FZDs gezeigt, dass sie nach Ligandenbindung ihre Konformation stark verändern, allerdings ist ungeklärt, ob zur Bildung eines Signalosoms bloße Nähe von LRPs und FZDs ausreichend ist oder ob (und wenn nicht, wofür) die Dynamik von FZDs notwendig ist. Ziel des Hauptversuchsteils dieses Projektes ist es, eine umfassende Theorie der Funktionsweise von FZDs im WNT-Signaling aufzustellen, die sowohl deren Dynamik als auch die Signalosombildung berücksichtigt. Hierzu werden wir BRET-Assays etablieren, die eine Komplexbildung zwischen FZDs und LRPs in An- und Abwesenheit von WNTs verfolgen. Konkret sollen entsprechende Biosensoren designt werden und Zellen mit einem CRISPR-Cas9 Knockout der LRP5/6-Gene hergestellt werden. Weitere Tools, wie mutierte FZDs, surrogate-WNT-Peptide oder positive allosterische FZD Modulatoren sollen weiter dazu beitragen zum einen die Interaktion zwischen FZDs und LRP5/6 genauestens zu charakterisieren und zum anderen den Beitrag von Konformationsänderungen in FZDs zu deren Signaltransduktion aufzuklären. In einem weiteren Versuchspaket sollen mögliche direkte Interaktionen zwischen FZDs und weiteren WNT-bindenden Corezeptoren, wie zum Beispiel ROR1/2, RYK, und PTK7, mit einer ähnlichen Methodik untersucht werden. Abschließend wird erforscht, ob FZDs mit Rezeptoraktivität-modifizierenden Proteinen (RAMPs) interagieren und inwiefern eine mögliche Interaktion zum FZD-Transport in der Zelle oder zu einer Modulation der Signaltransduktion durch WNTs beiträgt.

• DFG-Verfahren: WBP Stipendium
• Internationaler Bezug: Schweden
• Gastgeber: Professor Gunnar Schulte, Ph.D.