Entschlüsselung der Konformationsvielfalt heterotrimerer G-Proteine zum Verständnis der rezeptorspezifischen Signalweiterleitung

• Antragsteller: Dr. Hannes Schihada
• Fachliche Zuordnung: Pharmakologie ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 542889291

Rezeptorspezifische Signalwege spielen eine zentrale Rolle bei der Steuerung zellulärer Reaktionen auf Veränderungen in der Umgebung menschlicher Zellen. G-Protein-gekoppelte Rezeptoren (GPCRs) stellen die größte Familie membranständiger Proteine dar, die diese grundlegenden Prozesse hauptsächlich durch Kopplung und Aktivierung ihrer primären Interaktionspartner, heterotrimerer G-Proteine, vermitteln. Eine zentrale und bisher unbeantwortete Frage auf dem Gebiet der GPCR-induzierten und G-Protein-vermittelten zellulären Signaltransduktion ist, wie die mehr als 800 GPCRs, die im menschlichen Genom kodiert sind, rezeptorspezifische Signalkaskaden durch Kopplung an eine viel kleinere Anzahl verschiedener G-Proteine initiieren. Das vorliegende Emmy Noether-Forschungsprojekt zielt darauf ab, die mechanistischen Grundlagen der rezeptorspezifischen Signaltransduktion in lebenden Zellen zu entschlüsseln. Die zugrunde liegende Arbeitshypothese ist, dass die Konformationsvielfalt aktivierter G-Proteine zur Spezifizierung der GPCR-abhängigen intrazellulären Signaltransduktion beiträgt. Um diese Hypothese zu untersuchen, werden wir während der Förderperiode einen dreiphasigen Ansatz verfolgen. In der ersten Phase wird meine neue Arbeitsgruppe Pionierarbeit bei der Entwicklung innovativer Biosensoren leisten, die bisher verborgene Konformationszustände von heterotrimeren G-Proteinen aufdecken können und für den Einsatz in lebenden Zellen geeignet sind. In der zweiten Phase werden wir diese Biosensoren nutzen, um etwa 100 vorselektierte, therapeutisch relevante GPCRs zu untersuchen. Für jeden untersuchten Rezeptor werden wir einen konformationellen Fingerabdruck seines aktivierten G-Proteins erstellen. Diese Fingerabdrücke werden wir dann analysieren, um GPCRs zu gruppieren, die ähnliche Konformationen aktiver G-Proteine stabilisieren. In der letzten Phase der Förderperiode werden wir die intrazellulären Signalmuster charakterisieren, die durch die zuvor identifizierten konformationell unterschiedlichen G-Protein-Fingerabdrücke ausgelöst werden. Dieser finale Datensatz wird es uns zum einen ermöglichen, die verschiedenen G-Protein-Konformationen hinsichtlich ihrer Bedeutung für die zelluläre Signaltransduktion zu verstehen. Vor allem aber werden wir Einblicke erhalten, inwieweit die Konformationsvielfalt heterotrimerer G-Proteine zur rezeptorabhängigen Signalspezifität beiträgt. Dieses Forschungsprojekt wird nicht nur eine grundlegende Lücke in unserem Verständnis der GPCR-induzierten und G-Protein-vermittelten zellulären Signaltransduktion schließen, sondern birgt auch das Potenzial, neue therapeutische Ansätze aufzuzeigen. Aufbauend auf unseren Vorarbeiten könnten sich Folgestudien z.B. mit Hilfe strukturbiologischer Ansätze auf die atomare Aufklärung dieser funktionell unterschiedlichen Konformationen konzentrieren, um letztlich die Grundlage für die Entwicklung zustandsselektiver Modulatoren von GPCR- und G-Protein-abhängigen Signalwegen zu schaffen.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen
• Großgeräte: Plate Reader
• Gerätegruppe: 3100 Immunochemische Bestimmungsgeräte (außer Immunelektrphorese 141)