Strukturelle und funktionelle Charakterisierung von NOSIP, einem ungewöhnlichen Substrat des Kernimportrezeptors Transportin

• Antragsteller: Professor Dr. Ralph Kehlenbach
• Fachliche Zuordnung: Biochemie ; Strukturbiologie ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 544558352

Der Import von Proteinen in den Zellkern ist von großer Bedeutung für eine Vielzahl zellulärer Funktionen. So wissen wir von tausenden von Proteinen, die zu irgendeinem Zeitpunkt im Zyklus einer Zelle in den Kern wandern können. Für viele solcher Proteine wurden Kernlokalisationssignale (NLSs) identifiziert, die die Interaktion mit Kerntransportrezeptoren vermitteln. Diese wiederum erleichtern die Translokation der Transportkomplexe durch die Kernporen. Einer der am besten beschriebenen Transportrezeptoren ist Transportin (TNPO1, Karyopherin), der ein spezifisches NLS, das Prolin-Tyrosin- oder PY-NLS, bindet. Röntgenstrukturanalysen von entsprechenden Importkomplexen zeigten in der C-terminalen Hälfte von TNPO1 eine spezifische PY-NLS-Bindungsstelle. NOSIP (nitric oxide synthase interacting protein) wurde zunächst als ein Protein beschrieben, das die Aktivität von zytoplasmatischen Stickoxid-Synthasen (NOS) stimuliert. NOSIP ist allerdings in erster Linie im Zellkern zu finden, wo es nach einer sehr neuen Publikation am alternativen Spleißen von RNAs beteiligt ist. Wir konnten kürzlich zeigen, dass NOSIP hauptsächlich durch TNPO1 in den Zellkern importiert wird. Dabei ist die Interaktion von NOSIP mit TNPO1 völlig verschieden von der "klassischen" Interaktion des Transportrezeptors mit einem PY-NLS. Anstelle eines PY-NLS enthält NOSIP einen basischen Sequenzabschnitt innerhalb einer langen alpha-Helix, der nötig aber nicht ausreichend ist für die Bindung an TNPO1. Im Gegensatz zum PY-NLS interagiert diese basische Region mit der N-terminalen Hälfte von TNPO1. In diesem Antrag sollen zwei Fragestellungen bearbeitet werden: im ersten Teil (WP1) möchten wir die ungewöhnlichen Mechanismen der TNPO1-NOSIP-Interaktion untersuchen. Mittels Kryoelektronenmikroskopie wollen wir die Struktur des TNPO1-NOSIP-Komplexes lösen, die wir dann mit den "klassischen" TNPO1-PY-NLS Strukturen vergleichen werden. Weiterhin werden wir die Bindung von NOSIP an TNPO1 mit der an alternative Transportrezeptoren vergleichen. Im zweiten Teil (WP2) werden wir untersuchen, wie die Interaktion von NOSIP mit Transportrezeptoren - und damit seine subzelluläre Lokalisation - durch Phosphorylierung reguliert, und dadurch Funktionen von NOSIP im Zellkern, z.B. beim alternativen Spleißen, kontrolliert werden. Im Zusammenspiel von WP1 und WP2 wollen wir verstehen, wie TNPO1 auf eine sehr ungewöhnliche Art sein Substrat NOSIP erkennt und wie die Lokalisation von NOSIP, das wohl auch im Zellkern eine unerwartete Rolle spielt, reguliert wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: USA
• Partnerorganisation: National Science Foundation (NSF)
• Kooperationspartnerin: Professorin Yuh Min Chook, Ph.D.