Spezifität und funktionelle Modulation von RHOGDIs: Ein In-vitro-Rekonstitutionsansatz

• Antragsteller: Professor Dr. Reza Ahmadian
• Fachliche Zuordnung: Biochemie
• Förderung: Förderung seit 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 392683648

Signaltransduktionswege, die durch Proteine der RHO-Familie vermittelt werden, erfordern eine enge zeitliche und räumliche Kontrolle. Guaninnukleotid-Dissoziationsinhibitoren (GDIs; drei Mitglieder bekannt) sind evolutionär konservierte Schlüsselregulatoren, die selektiv an prenylierte RHO-Proteine binden und deren Zyklus zwischen dem Zytosol und der Zellmembran kontrollieren. Die Membranassoziation ist eine Voraussetzung für die Funktion der RHO-Proteine. Trotz erheblicher Anstrengungen in den letzten Jahrzehnten sind die Kontrollmechanismen, die der raum-zeitlichen Regulation der RHO-Proteinaktivität durch GDIs zugrunde liegen, noch nicht vollständig erforscht. Die DFG-Forschungsförderung ermöglichte es uns, die Funktion und Spezifität von GDIs zu untersuchen. Unsere veröffentlichten Ergebnisse lieferten erste mechanistische Einblicke in die Interaktionen von GDIs mit RHO-Proteinen und ihren Varianten, wobei wir die Vorteile von Liposomen-basierten In-vitro-Rekonstitutionssystemen und fluoreszenzbasierten Ansätzen nutzen, die in unserem Labor etabliert sind. Drei kürzlich veröffentlichte Studien untersuchten verschiedene Aspekte von RHO-spezifischen GDIs und beschrieben, dass elektrostatische Kräfte die Spezifität von RHO-GTPase-GDI-Interaktionen vermitteln,eine neuartige Störung, die Dyshämatopoese, Entzündung und hämophagozytische Lymphohistiozytose aufgrund einer gestörten CDC42-GDI1-Interaktion beinhaltet, und die Identifizierung des pseudonatürlichen Produkts Rhonin als erster niedermolekularer Inhibitor, der an GDI1 bindet und dessen Funktion beeinträchtigt. Darüber hinaus verfügen wir über einen umfangreichen Satz unveröffentlichter vorläufiger Daten, die es uns ermöglichen, eine bestimmte und spezifische Funktionsweise von GDI aufzuklären, die nur für eine Untergruppe von RHO-GTPasen gilt. Unsere in vitro Liposomen-Rekonstitutionsexperimente als "Bottom-up"-Ansatz haben zusätzliche mechanistische Einblicke in die Interaktion der drei GDI-Paraloge mit verschiedenen RHO-GTPasen geliefert. Dabei nutzten wir unter anderem die Vorteile der Liposomensedimentation/-flotation und der Liposomen-immobilisierten SPR-Sensorchips, die in unserem Labor etabliert sind. Die regulatorischen Elemente der Spezifität und der funktionellen Modulation der GDI-Paraloge sollen in den folgenden beiden Arbeitspaketen untersucht werden: (i) eingehende Analyse der Interaktionsselektivität der GDI-Paraloge und (ii) Aufklärung der modulatorischen Mechanismen, die die GDI-Funktion steuern. Das Erreichen dieser Ziele ist von grundlegender Bedeutung für das Verständnis, wie GDIs in die Signaltransduktion eingebunden sind und die Membranlokalisierung von RHO-Proteinen steuern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen