Funktionelle Analyse von TMEM251, einer neuen Komponente des Transportwegs für lysosomale Enzyme

• Antragsteller: Dr. Wilhelm Palm
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 504920634

Säugerzellen können ihren Bedarf für die exogene Zufuhr von Aminosäuren entweder durch Aufnahme monomerer Aminosäuren oder durch Makropinozytose und lysosomalen Katabolismus extrazellulärer Proteine decken. Obgleich Zellen bevorzugt monomere Aminosäuren importieren, liegt ein Großteil der extrazellulären Biomasse in vivo in Form von Proteinen vor. Indem sie diesen reichhaltigen Nährstoffspeicher erschließen, können Zellen unter Nährstoffmangelzuständen die Versorgung mit bioenergetischen und biosynthetischen Ausgangsstoffen aufrechterhalten. Makropinozytose und lysosomaler Katabolismus sind im Krebs oftmals hochreguliert; hierdurch ist es malignen Zellen möglich, sich von extrazellulären Proteinen zu ernähren und somit in nährstoffarmen Tumoren zu wachsen. Um die zugrundeliegenden Prozesse systematisch aufzuklären, haben wir proliferationsbasierte CRISPR-Screens mit monomeren Aminosäuren beziehungsweise extrazellulären Proteinen als Nährstoffquelle durchgeführt. Ein hervorstechender Hit, welcher selektiv essenziell für Zellen wird, welche sich von Proteinen ernähren, ist TMEM251, ein uncharakterisiertes Transmembranprotein. Vorläufige Ergebnisse deuten darauf hin, dass TMEM251 eine kritische Funktion für die Generierung von Mannose-6-Phosphat-Resten, den lysosomalen Enzymtransport und den Abbau endozytischer und autophagozytischer Fracht ausübt. Darauf aufbauend ist das Ziel dieses Antrags eine Charakterisierung der molekularen Funktion von TMEM251 für den Transport lysosomaler Enzyme sowie die Untersuchung der Relevanz von TMEM251 für Krebszellwachstum und erbliche Krankheiten. Spezifisch schlagen wir drei unabhängige und komplementäre Ziele vor: Ziel 1: Charakterisierung der lysosomalen Defekte TMEM251-defizienter ZellenWir werden subzelluläre Fraktionierung und quantitative Proteomics kombinieren, um das lysosomale Proteom sowie Sekretom TMEM251-defizienter Zellen zu bestimmen, und ihre lysosomalen Enzymaktivitäten messen.Ziel 2: Identifizierung der molekularen Funktion von TMEM251 im Mannose-6-PhosphatwegWir werden Interaktionspartner von TMEM251 durch Co-Immunopräzipitation und Massenspektrometrie bestimmen und die Funktion von TMEM251 im Mannose-6-Phosphatweg mechanistisch aufklären.Ziel 3: Untersuchung der pathologischen Rolle von TMEM251Wir werden die Relevanz von TMEM251 für Krebszellwachstum in vitro und in vivo bestimmen und die molekularen Phänotypen krankheitsassoziierter TMEM251-Mutationen charakterisieren.Die Ergebnisse werden die molekulare Funktion von TMEM251 als neue und zentrale Komponente des zellulären Transportwegs für lysosomale Enzyme aufklären und die pathologische Relevanz von TMEM251 für Krebsstoffwechsel und genetische Krankheiten adressieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen