TMBIM6 koordiniert einen Multiproteinkomplex, der den Kalziumgehalt des endoplasmatischen Retikulums kontrolliert

• Antragsteller: Professor Dr. Axel Methner
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 333214844

Die Ca2+-Freisetzung aus dem endoplasmatischen Retikulum (ER) kontrolliert wichtige zelluläre Funktionen und wird durch sarkoplasmatisch/endoplasmatische Ca2+-ATPasen (SERCA) beendet, die das Ca2 in das ER-Lumen zurückpumpen. Neben seiner Rolle als Ca2+-Speicher besitzt das ER auch eine Schlüsselfunktion in der Bildung, Faltung und Sortierung von Proteinen. Ein Anstieg fehlgefalteter Proteine im ER aktiviert den ER-Stresssensor Inositol-requiring protein 1a (IRE1a), was durch veränderte Genexpression zu einem Anstieg der Faltungskapazität und einer Verminderung der Proteinsyntheselast des ERs führt. Dysregulierte Ca2+ Freisetzung, verminderte SERCA-Aktivität oder ein nicht-kompensierter Anstieg fehlgefalteter Proteine verursachen Zelltod.TMBIM6 (Transmembrane Bax inhibitor motif containing 6) ist ein evolutionär konservierter pH-abhängiger Ca2+-Kanal, der mit den liganden-abhängigen Ca2+-Kanälen Inositol 1,4,5-trisphosphat-Rezeptor 1 und 3 (IP3R1/3) und IRE1a an der ER-Membran interagiert. TMBIM6 verbindet daher die verschiedenen Funktionen des ERs als Ca2+-Speicher und Proteinfaltungsmaschine. Wir konnten vor kurzem zeigen, dass Lymphozyten von Mäusen, denen die Pordomäne von TMBIM6 fehlt, eine erhöhte Ca2+-Konzentration im Zytosol und im ER besitzen; dies beeinträchtigt ihre Funktion und führt zu einer erhöhten Empfindlichkeit für Zelltod. Dass das Fehlen eines wichtigen ER-Ca2+-Kanals eine erhöhte Ca2+-Konzentration im ER-Lumen verursacht ist nicht verwunderlich, aber warum sollte dies die zytosoläre Ca2+ Konzentration erhöhen? Dieses Projekt basiert auf Daten, die zeigen, dass der evolutionär konservierte N-Terminus von TMBIM6, der in den vermeintlichen Knockout-Mäusen noch exprimiert wird, die Funktion der ubiquitären SERCA2b-Pumpe durch direkte Interaktion inhibiert. Diese direkte Integration von SERCA-Aktivität und Ca2+-Leck durch TMBIM6 und IP3R1/3 erlaubt wahrscheinlich eine schnellere Füllung des Speichers unter physiologischen Bedingungen und durch die Interaktion mit IRE1a eine genauere Abstimmung des ER-Ca2+-Gehalts auf die Bedürfnisse der Faltungsmaschinerie. Um diese Prozesse besser zu verstehen, werden wir klären wie und wann SERCA2b, IRE1a und TMBIM6 sich im selben Proteinkomplex befinden. Wir werden das Ca2+-Leck und die SERCA-Aktivität in Zellen untersuchen, denen das vollständige TMBIM6 und nicht nur die Pordomäne fehlt. Weiterhin werden wir die inhibitorische Aktivität der N-terminalen Domäne von TMBIM6 genauer charakterisieren um die Aminosäuren, die diese Aktivität vermitteln, zu identifizieren und TMBIM6 Mutanten ohne diese Motive generieren. Durch den Vergleich des Effekts dieser Mutanten mit dem Wildtyp und einer schon beschriebenen Punktmutante ohne Kanalaktivität auf Proteininteraktionen, die Ca2+-Homöostase und die Empfindlichkeit gegenüber ER-Stress erwarten wir ein besseres Verständnis wichtiger Mechanismen der Zellbiologie sowie menschlicher Erkrankungen, die durch fehlgefaltete Proteine verursacht werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen