Analyse des Protein Lysin Methyloms von SARS-CoV-2

• Antragsteller: Professor Dr. Albert Jeltsch
• Fachliche Zuordnung: Biochemie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 530938583

Lysinmethylierung (Kme) ist eine weit verbreitete posttranslationale Proteinmodifikation, die durch Protein Lysin Methyltransferasen (PKMTs) eingeführt wird. Kme reguliert viele biologische Prozesse, einschließlich Proteinstabilität, Signalwege, Immunantwort, Genexpression und Zellzyklus. Darüber hinaus ist bekannt, dass Proteine von intrazellulären Pathogenen durch Enzyme der Wirtszelle modifiziert werden können, aber Kme von SARS-CoV-2-Proteinen durch menschliche PKMTs wurde bislang noch nicht untersucht. Das SARS-CoV-2-Proteom enthält 562 Lysinreste und es ist das Ziel dieses Projekts, ihre mögliche Methylierung durch 24 menschliche PKMTs systematisch zu untersuchen. Für die meisten der ausgewählten PKMTs wurde bereits gezeigt, dass sie Nicht-Histon-Proteine methylieren können. Die PKMT Auswahl beinhaltet die meisten der gut untersuchten und hochaktiven Enzyme dieser Klasse in menschlichen Zellen. Daher wird dieses Projekt das erste Beispiel einer biochemischen Kme-Analyse liefern, die systematisch alle Proteine eines Organismus abdeckt. Die Methylierungsanalyse von SARS-CoV-2 Proteinen wird drei Schritte umfassen: zunächst die Identifizierung und Bestätigung von Kme-Stellen in Peptiden, die von SARS-CoV-2-Proteinen abgeleitet sind, unter Verwendung von Peptid-Arrays, die alle Lysinreste des SARS-CoV-2-Proteoms präsentieren (Aim 1). Dann den Nachweis von Kme-Stellen in SARS-CoV-2-Proteinen unter Verwendung von gereinigten Proteinen, die in vitro methyliert werden (Ziel 2), und schließlich den Nachweis von Kme-Ereignissen in SARS-CoV-2-Proteinen in menschlichen Zellen (Ziel 3). Das Projekt wird hypothesenfreie Aktivitätsdaten von 24 PKMTs basierend auf etwa 590 Lysinresten in verschiedenen Sequenzkontexten liefern (562 SARS-CoV-2 Lysinreste und 1-2 Referenzsubstrate für jede PKMT). Unter Verwendung dieser großen Menge an Methylierungsdaten sollen neue Substrate in Sequenzkontexten identifiziert werden, die sich von dem bekannten Spezifitätsprofil der entsprechenden PKMT unterscheiden. Diese neu entdeckten Substrate mit abweichender Sequenz werden dann einer systematischen Spezifitätsanalyse unterzogen, indem die Methylierung aller Einzelmutationen dieser Sequenz getestet wird, um so umfassende Spezifitätsdaten für die entsprechende PKMT zu erhalten (Ziel 4). Ausgewählte neue Substrate werden auch strukturell untersucht (Ziel 5). Das hier geplante Projekt wird wichtige Auswirkungen auf die Forschungsgebiete SARS-CoV-2 und PKMT haben. Die SARS-CoV-2 Proteinmethylierungsdaten werden die erste vollständige Kme-Analyse darstellen, die alle Proteine eines Organismus umfasst. Sie werden Folgestudien zu den biologischen Auswirkungen der Kme-Ereignisse und ihrer Rolle bei der Pathogenität von SARS-CoV-2 ermöglichen. Darüber hinaus werden unsere Daten erlauben Rückschlüsse auf das globale Auftreten der Lysinmethylierung in Proteinen zu extrapolieren und unser Verständnis der Substraterkennung der wichtigen Enzymklasse der PKMTs umfassend verbessern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen