Die Regulation der Entwicklung und Funktion von Nervenzellen durch WWP-E3-Ligasen

• Antragsteller: Dr. Hiroshi Kawabe
• Fachliche Zuordnung: Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 310039974

Ubiquitinierung ist eine posttranslationale Modifikation, die durch die sequentielle Aktivität von drei Klassen von Enzymen gesteuert wird: E1 Enzyme, E2 Enzyme und E3 Ubiquitin (Ub)-Ligasen. Die Substrat-Spezifität der Ubiquitinierung wird vornehmlich durch die E3-Ligasen bestimmt. Protein-Substrate werden entweder mit der monomerischen Form von Ub konjugiert (Monoubiquitinierung) oder über eine Poly-Ub-Kette (Polyubiquitinierung). Die Monoubiquitinierung beeinflusst multiple Proteineigenschaften und kontrolliert zum Beispiel die Endozytose von Rezeptoren oder die DNA-Reparatur, wohingegen die Auswirkungen einer Polyubiquitinierung von der Art der poly-Ub Kette abhängt. Eine poly-Ub Kette entsteht indem ein C-terminales Glyzin eines Ub-Moleküls an ein Lysin an der Oberfläche des Donor-Ubs gebunden wird (K6, K11, K27, K29, K33, K48 oder K63). Über K48 verknüpfte Poly-Ub-Ketten werden durch das Proteasom erkannt und das Zielprotein wird abgebaut, wohingegen über K63 verbundene Poly-Ub-Ketten Proteinfunktionen in einer von Proteasomen unabhängigen Weise regulieren. Interessanterweise kommen K63-verknüpfte Poly-Ub-Ketten im Gehirn von Säugetieren fast genauso häufig vor wie K48-verbundene Ketten, was daraufhin weist, dass die Regulation von zellulären Prozessen durch K63-Ub-Ketten womöglich eine ebenso wichtige Rolle wie der Ub-vermittelte proteasomale Proteinabbau spielen könnte.WWP1 und WWP2 (WWP1/2) gehören zu der Nedd4-Superfamilie der E3-Ligasen. Dabei konjugieren die Nedd4-E3-Ligasen bevorzugt Mono-Ub oder K63-verbundene Poly-Ub-Ketten. Obwohl die molekulare Maschinerie, die bei der Regulation von Monoubiquitinierung oder K63-verknüpfter Polyubiquitinierung beteiligt ist, in kultivierten nicht-neuralen Zellen bereits umfangreich untersucht wurde, sind die Funktionen dieser 'nicht-proteasomalen' Form der Ubiquitinierung während der neuronalen Entwicklung und in vivo bisher nur im Ansatz verstanden. In früheren Studien konnten wir zeigen, dass Nedd4-1 und Nedd4-2 Schlüsselfunktionen bei der Verzweigung von Axonen und Dendriten von Neuronen übernehmen (Kawabe et al., Neuron 65, 358, 2010; Hsia et al., Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 111, 13205, 2014). Ein weiteres Mitglied der Nedd4-Superfamilie, Smurf1, ist zudem wichtig für die Spezifizierung des Axons. Die Funktionen der WWP1/2 in sich entwickelnden und maturen Neuronen sind im Gegenteil dazu praktisch unbekannt. Wir haben begonnen, dieser Fragestellung systematisch nachzugehen. Dazu haben wir eine erste, vorläufige Charakterisierung von WWP1/2-Doppel-Knock-Out-Mäusen durchgeführt und gefunden, dass WWP1/2 eine wesentliche Rolle bei der Axon-Spezifizierung, der neuronalen Migration und der Synapsenentwicklung spielen. Im hier zur Förderung vorgeschlagenen Projekt möchten wir die vor- und nachgeschalteten Mechanismen aufklären, die der Rolle von WWP1/2 bei der Nervenzellentwicklung zu Grunde liegen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen