Supramolekulare Organisation der Antigen-Prozesierungsmachinerie in der ER-Membran

• Antragsteller: Professor Dr. Robert Tampé
• Fachliche Zuordnung: Biochemie ; Biophysik ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 546606888

Das endoplasmatische Retikulum (ER) spielt eine zentrale Rolle in verschiedenen zellbiologischen Prozessen, einschließlich der Proteinsynthese, Qualitätskontrolle, Sortierung, Signaltransduktion, Antigen-Prozessierung und subzellulären Proteinsortierung. In den letzten Jahren wurden viele dieser Funktionen mit unterschiedlichen ER-Strukturen in Verbindung gebracht. Viele fundamentale Fragen bleiben jedoch unbeantwortet, insbesondere wie die ER-Morphologie die Funktion ER-assoziierter makromolekularer Maschinen bestimmt und umgekehrt. Eine Funktionsstörung von ER-Membran-assoziierten und sezernierten Proteinen wurde mit verschiedenen Krankheiten wie Diabetes, Krebs, Mukoviszidose und Infektionen in Verbindung gebracht. Die Entwicklung neuer hochauflösender Mikroskopie-Techniken, darunter DNA-PAINT, 4Pi-SMS, STED und Pan-Expansion-Mikroskopie, bietet nun eine beispiellose Gelegenheit, diese Struktur-Funktions-Beziehung auf der Nanoskala zu aufzuklären. Die Labore von Bewersdorf und Tampé haben ein gemeinsames Interesse an diesen Fragen und möchten daher ihre komplementären Fachkenntnisse bündeln, um dieses Forschungsziel am Beispiel des Peptide Loading Complex (PLC) und seines zentralen Bestandteils, des mit der Antigenverarbeitung verbundenen Transporters (TAP) zu verfolgen. PLC/TAP belädt mit mehreren ER-Chaperonen Peptide auf Haupthistokompatibilitätskomplex I (MHC I)-Moleküle und ist daher von fundamentaler Bedeutung für die adaptive Immunantwort. Das Tampé-Labor verfügt über langjährige Erfahrung mit den strukturellen und mechanistischen Aspekten des PLCs und verwandten Chaperon-Maschinen und hat bahnbrechende Beiträge zu deren Verständnis geleistet. Das Bewersdorf-Labor ist eine der wenigen Gruppen weltweit, die über multimodale Bildgebungsfähigkeiten verfügt, um hochauflösende 3D-Daten mit der räumlichen Auflösung zu erzeugen, die zur Aufklärung der ER-Organisation und -Dynamik erforderlich sind. Das Labor hat Pionierarbeit bei der Charakterisierung von Proteinclustern und der morphologischen Dynamik des ER geleistet. Mithilfe neuer 3D-Superauflösungstechniken und anhand der TAP/PLC-Maschinerie innerhalb des ER möchten wir ein umfassendes Verständnis erlangen, wie verschiedene ER-Strukturen und Verbünde von ER-Proteinen interagieren und reguliert werden. Insbesondere werden wir neue Markierungs- und hochauflösende Bildgebungsmethoden systematisch optimieren und validieren, um die TAP/PLC-Maschinerie im Kontext der ER-Nanomorphologie aufzuklären (Ziel 1) und die Clustergröße und Stöchiometrie des PLC im ER zu quantifizieren (Ziel 2), seine Lokalisierung in Bezug auf die ER-Morphologie zu bestimmen (Ziel 3) und die supramolekulare Organisation des PLC im Fall von pathogenen Veränderungen zu entschlüsseln (Ziel 4). Diese Studien werden letztendlich Aufschluss darüber geben, wie das ER mehrere Funktionen in menschlichen Zellen erfüllen kann, und zu einer ganzheitlicheren Sicht auf dieses für die Immunantwort äußerst relevante System beitragen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: USA
• Partnerorganisation: National Science Foundation (NSF)
• Kooperationspartner: Dr. Jörg Bewersdorf