FWF - Redox Controlled - Mechanismus des redoxkontrollierten Proteinabbaus

Das Proteasom spielt eine herausragende Rolle beim Abbau von Proteinen in eukaryotischen Zellen. Zahlreiche Krankheiten beim Menschen, wie z. B. Tumorentstehung und neurodegenerative Erkrankungen stehen mit der Aktivität des Proteasoms in Verbindung. In der Regel geht dem Abbau des Zielproteins dessen Markierung durch eine Polyubiquitinkette voraus, die von einem regulatorischen Protein erkannt und in die katalytische Kammer des Proteasoms ("core particle" bzw. 20S Proteasom) eingespeist wird. Kürzlich konnte in Wirbeltierzellen (Mensch and Maus) ein alternativer, Ubiquitin-unabhängiger Abbauweg nachgewiesen werden, der durch die Interaktion einer flavin abhängigen Chinonreduktase (NQO1) mit dem Proteasom gesteuert wird. Diese bislang unentdeckte Regulation des Proteasoms ist möglicherweise entscheidend am Abbau des Transkriptionsfaktors p53, der auch als "Wächter des Genoms" bezeichnet wird, beteiligt und kann daher in wichtige zelluläre Prozesse, wie Transformation und programmiertet Zelltod (Apoptose) eingreifen. In unserer Arbeitsgruppe konnte kürzlich ein homologes System in Saccharomyces cerevisiae, der Bäckerhefe, nachgewiesen werden. Ähnlich zu dem System in Wirbeltierzellen, interagiert auch in der Bäckerhefe eine Flavin-abhängige Chinonreduktase (Lot6p) mit dem 20S Proteasom. Darüberhinaus konnten wir zeigen, dass der Flavinkofaktor (Flavinmononukleotid, ein Derivat des Vitamin B 2 ) für die Interaktion der beiden Proteine notwendig ist. Reduktion des Flavinkofaktors (z. B. durch NADH) führt schließlich dazu, daß der Lot6p:20S Proteasom Komplex den Hefetranskriptionsfaktor Yap4p, ein Transkriptionsfaktor der sog. leucine zipper Yeast activator protein Familie, bindet. Die Bildung dieses ternären Proteinkomplexes schützt Yap4p vor proteolytischem Abbau und trägt zu dessen Stabilisierung bei. Durch Oxidation des Flavinkofaktors, z. B. durch zelluläre Chinone, dissoziert Yap4p vom Komplex und wandert in den Zellkern, wo es an der Expression von Genen teilnimmt, die für eine adäquate Stressantwort notwendig sind. Das erste Ziel unseres Projektes wird daher zunächst darin bestehen das Ausmaß dieses redoxkontrollierten Regulationsprozesses zu untersuchen indem wir weitere Proteine (z. B. andere Transkriptionsfaktoren) identifizieren, die einen Komplex mit Lot6p(reduziert) und dem 20S Proteasom bilden können. Anschliessend werden wir die biochemischen Parameter definieren, die für eine derartige Komplexbildung verantwortlich sind. Schließlich werden wir uns durch Bestimmung der dreidimensionalen Struktur mittels Röntgenstrukturanalyse mit der Frage befassen, wie diese Komplexe auf molekularer Ebene gebildet werden und dabei gilt unser besonderes Interesse den durch die Redoxvorgänge verursachten strukturellen Änderungen in der Chinonreduktase. Durch diese Arbeiten werden wir ein molekulares Verständnis für den redox-regulierten, Ubiquitin-unabhängigen proteasomalen Proteinabbau erzielen und gewinnen damit Einblicke in die Erhaltung des zellulären Proteoms. Damit wird es möglich die Rolle des Proteasoms bei der Entstehung von Krankheiten detaillierter zu beschreiben und neuartige therapeutische Ansätze zu entwickeln.