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Forschung

Autophagie-assoziierte Proteine: Die Relevanz von GABARAP und seiner Paraloge GABARAPL1 und -L2 für grundlegende zelluläre Prozesse jenseits der Autophagie.

Unter Autophagie versteht man den in Eukaryonten hoch konservierten Prozess des Abbaus zelleigener Bestandteile. Autophagie spielt sowohl beim Basisumsatz von intrazellulären Proteinen und Organellen, als auch bei der Produktion von Aminosäuren unter Hungerbedingungen eine wichtige Rolle. Dabei ist der Beitrag zum Proteinabbau durch Autophagie ähnlich groß wie der des Ubiquitin-Proteasom-Systems. Störungen in der Regulation der Autophagie können zu verschiedenen, z.B. neurodegenerativen Krankheiten führen. Weiterhin spielt die Autophagie bei der Antigenpräsentation oder dem Abbau von invasiven Pathogenen eine wichtige Rolle.  Autophagie benötigt eine ganze Reihe sogenannter autophagy related (Atg)-Proteine, wobei sich in höheren Organismen aus einem ursprünglichen Atg-Protein teils ganze Proteinfamilien entwickelt haben.

Ein solches Beispiel ist die Atg8-Proteinfamilie, eine interessante Familie von kleinen Ubiquitin-ähnlichen Modifikatoren, die in der Hefe ein Mitglied hat. Beim Menschen existieren zwei Unterfamilien, die LC3s und die GABARAPs, mit insgesamt sieben Paralogen. Unter den vielfältigen Funktionen, die für humane ATG8 Proteine bereits beschrieben wurden, ist ihre Beteiligung an der Autophagie am besten charakterisiert. Ursprünglich wurden GABARAP und seine Paraloge jedoch für ihre Beteiligung an intrazellulären vesikulären Transportprozessen und der Oberflächenexpression von Rezeptoren beschrieben. Aufgrund ihrer hohen strukturellen Ähnlichkeit, sind die genauen Funktionen der GABARAP-Unterfamilie und besonders der Beitrag ihrer individuellen Mitglieder während dieser Prozesse bislang noch kaum verstanden.

Unser Ziel ist die Identifizierung einzigartiger Funktionen der GABARAP-artigen Protein jenseits der Autophagie. Uns geht es um intrazelluläre Transport- und Abbauprozesse von Oberflächenproteinen wie Rezeptoren und Transportkanäle, aber auch um Prozesse der unkonventionellen Proteinsekretion, die nicht minder wichtig für die Aufrechterhaltung der generellen Zellviabilität sind. (Förderung: SFB 1208)

 

Nichtstruktur- und akzessorische Proteine von Viren sind Meister der Manipulation: Wie Viren Prozesse der Wirtszelle zu ihren Gunsten nutzen.

Wir untersuchen HIV, HCV und DENV kodierte Proteine sowie deren Interaktion mit Komponenten der Wirtszelle. Wir erhoffen uns so neue Angriffspunkte für innovative Therapien definieren zu können, mit dem Ziel Replikation aber auch Immunevasion der Viren zu unterbinden. Zum Beispiel verursacht das Hepatitis C Virus (HCV) Krankheiten wie chronische Hepatitis, Leberzirrhose und Leberkrebs. Die Tyrosinkinase c-Src, welche normalerweise grundlegende Prozesse wie Zellwachstum und Zelldifferenzierung reguliert, wird in HCV infizierten Zellen durch die beiden HCV-Proteine NS5A und NS5B in den viralen Replikationsapparat rekrutiert. Steht c-Src nicht zur Verfügung, zeigt sich die Virusreplikation stark vermindert.

Durch eine strukturelle Analyse des Komplexes aus c-Src, NS5A und NS5B wollen wir die molekularen Grundlagen der zugrundeliegenden Interaktionen sichtbar machen.

(Förderung: SFB 575, SFB974, MOI IV)

Methoden

Um unsere Fragestellungen zu bearbeiten, wenden wir ein breites Methodenspektrum an. Wir exprimieren und reinigen Proteine, analysieren Protein-Proteininteraktionen und sind - in Kooperation - an strukturellen Details von Proteinkomplexen interessiert. Wir nutzen Zellkultursysteme, editieren Genome mittels CRIPSR/CAS9-Technologie und isolieren und charakterisieren extrazelluläre Vesikel. Wir bestimmen ausgewählte Proteome und Proxitome in Kooperation und analysieren diese je nach Fragestellung. Wir nutzen verschiedenste Mikroskopie-Systeme, um z.B. Aussagen über die Zellgesundheit auf Einzelzellbasis, die dynamische Lokalisation von Proteinen nach diversen Stimuli und die räumliche Nähe zweier Proteine zueinander machen zu können. Auch dies geschieht häufig in enger Kooperation. Teils entwickeln wir auch eigene Antikörper mit und legen hier einen ganz besonderen Wert auf deren Applikations-spezifische Validierung.

Verantwortlichkeit: