Biochemische und strukturbasierte Untersuchungen zur Regulation von LRRK2.

• Antragsteller: Professor Dr. Stefan Knapp
• Fachliche Zuordnung: Biochemie ; Strukturbiologie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 407661177

Morbus Parkinson ist die häufigste neurodegenerative Bewegungsstörung und verschiedene Genloci (PARK1-16) sind mit der Pathogenese von Morbus Parkinson in Verbindung gebracht worden. Darunter befindet sich auch der PARK8 Locus, der für die Leucine-rich repeat kinase 2 (LRRK2) codiert. LRRK2 wird sowohl mit der sporadischen als auch mit der vererbbaren Form von Morbus Parkinson assoziiert. LRRK2 zeigt sowohl Kinase- als auch GTPase-Aktivität und fungiert zusätzlich als Gerüstprotein. Einige Mutationen im LRRK2 Gen korrelieren mit der familiären Form von Morbus Parkinson. Trotz intensiver Forschung ist wenig über die Regulation dieses 285 kD großen Phosphoproteins, das zudem aus mehreren funktionellen Domänen besteht, bekannt.Im Rahmen dieses Antrages wollen wir die molekularen Grundlagen der LRRK2-Regulation in Bezug auf die enzymatischen Aktivitäten und Gerüstfunktionen hin untersuchen. Der von uns vorgeschlagene Struktur-Funktions-Ansatz sollte es erlauben, ein besseres mechanistisches Verständnis der Parkinson-relevanten Mutationen zu erhalten. Eines unserer Hauptziele ist es, eine hochauflösende Kristallstruktur des humanen LRRK2-Proteins oder Teilen desselben zu lösen. Zu diesem Zweck haben wir ein interdisziplinäres Team zwischen der Universität Kassel (Proteinbiochemie, Biophysik, Zellkultur) und der Goethe-Universität Frankfurt (Kristallographie, Strukturanalysen) aufgestellt. Durch die Verwendung innovativer Konzepte wie z.B. den "kinase spines" und neuartigen biochemischen Werkzeugen wie z. B. Nanobodies und DARPins wollen wir das Wechselspiel zwischen GTPase-Domäne und Proteinkinasedomäne untersuchen. Zusätzlich wollen wir die Bindung bekannter Interaktionspartner wie 14-3-3-Protein-Isoformen und deren Einfluss auf die Konformation und Enzymaktivitäten von LRRK2 analysieren. Wir konnten bereits eine essentielle Funktion der cAMP abhängigen Proteinkinase (PKA) für 14-3-3-Binding und damit einhergehend eine negative Regulation der LRRK2 Kinaseaktivität beschreiben. Darüber hinaus soll die zeitliche und räumliche Regulation des LRRK2/PKA Signalmoduls über A-Kinase-Anker-Proteine (AKAPs) untersucht werden. Diese Kombination von Struktur-basierten, molekularen, biochemischen, zellulären und biophysikalischen Techniken wird es uns ermöglichen, die Funktion von LRRK2 im gesunden und krankhaften Zustand zu beschreiben. Ein besseres Verständnis der LRRK2-Regulation auf molekularer Ebene kann nicht nur tiefere Einblicke in den Mechanismus der durch Morbus Parkinson vermittelten Neurodegeneration liefern, sondern auch die Entwicklung von neuartigen Therapieansätzen erleichtern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen