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Projekt
Molekularer Mechanismus der Krafterkennung in Desmoplakin
Antragstellerin
Professorin Dr. Frauke Gräter
Fachliche Zuordnung
Zellbiologie
Biochemie
Biophysik
Biochemie
Biophysik
Förderung
Förderung von 2015 bis 2019
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 273724158
Desmosome stellen nicht nur stabile Verbindungen zwischen Zellen her, sondern lassen außerdem mechanischen Stress in biochemische Signalnetzwerke einfließen. Wie desmosomale Proteine auf mechanische Kraft konformationell so reagieren, dass ihre Struktur und Funktion verändert werden, ist noch weitgehend ungeklärt. Unser Ziel ist es, die mechanischen Eigenschaften und die potentielle kraftmessende Funktion eines Hauptbestandteils von Desmosomen zu untersuchen, dem Desmoplakin. Die Spectrin-Einheiten des Desmoplakins weisen eine SH3-Domäne mit einer außergewöhnlichen und durch die Spetrindomäne verdeckte Bindungsseite und momentan unbekannter Funktion auf. Die Spectrin/SH3 Interaktionsseite weist überdurchschnittlich viele Mutationen auf, die mit genetisch bedingten Fehlfunktionen von Haut oder Herz assoziiert sind, was seine Schlüsselrolle in der Funktion von Desmoplakin unterstreicht. Wir werden zwei mögliche und sich nicht gegenseitig ausschließende Rollen der SH3-Domäne und somit von Desmoplakin testen, nämlich die als mechanischer Stabilisator der Spektrineinheiten und die als Kraftmesser. Dazu werden wir Molekulardynamik Simulationen von des Spectrin/SH3 Fragmentes von Desmoplakin, das die SH3-Domäne beinhaltet, im Equilibrium und unter Zugkraft durchführen. Wir werden den Entfaltungsweg und die notwendige Kraft hierfür bestimmen, und dabei Ziehgeschwindigkeiten und -Richtungen in Kontrollsimulationen variieren. Wir werden zum Vergleich Simulationen mit Mutanten, und zwar Desmoplakin mit deletierter SH3-Domäne, sowie mit krankheitsrelevanten Punktmutationen, durchführen. Die Ergebnisse werden Einsicht bieten in die Rolle von Desmoplakin und besonders seiner SH3-Domäne in mechanisch beanspruchten Desmosomen. Um die Möglichkeit einer Redoxregulation von Desmoplakin in Betracht zu ziehen, werden wir Desmoplakin im oxidierten Zustand, mit einer Disulfidbrücke am Spectrin-SH3 Kontakt, durchführen und hierbei einen derzeit bei uns entwickelten Disulfid-Wechsel Algorithmus verwenden, so dass sich dynamisch die Brücken neu verknüpfen können während der Proteinentfaltung unter Kraft. Unsere Ergebnisse, nach der Validierung durch Einzelmolekül-Kraftspektroskopie Experimente unseres Partners am Kings College, London, können dabei helfen, zukünftige in vitro und in vivo Experimente zu interpretieren und zu planen. Wir erwarten, dass unsere Arbeiten eine erste direkte Rolle von Desmoplakin in der Erkennung und Umwandlung von Kraft in biochemische Signale aufzeigen und damit entscheidend zum mechanistischen Verständnis, wie Kraft in Zellkontakten gemessen wird, beitragen können.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
