Projektbeschreibung
GTPasen der Rab-Familie und ihre Rolle bei der Zellkompartimentierung
Die Kompartimentierung in viele verschiedene membrangebundene Organellen ist das Hauptmerkmal eukaryotischer Zellen. Kleine GTPasen der Rab-Familie spielen bei dieser Organisation eine wesentliche Rolle, aber die Mechanismen der räumlich-zeitlichen Bildung der komplexen Zellumgebung sind unbekannt. Das EU-finanzierte Projekt GTPaseNet verfolgt das Ziel, einen neuartigen experimentellen Ansatz einzuführen, bei dem synthetische Biologie zum Einsatz kommt, um die GTPase-Netzwerke aus gereinigten Komponenten wieder aufzubauen und die Selbstorganisation in räumlich-zeitlichen Mustern in vitro zu demonstrieren. Die Rekonstitutionsexperimente werden mit der Kryoelektronenmikroskopie kombiniert, um Licht in die Membran-rekrutierten Strukturen zu bringen. Mikrofabrikation und Laserlithographie werden eine Rekonstruktion der kompartimentierten Zelle ermöglichen, wobei das Rab-GTPase-System modelliert wird, indem geometrische und biochemische Anhaltspunkte in der lebenden Zelle erfasst werden.
Ziel
Eukaryotic cells are characterized by their compartmentalization into hundreds of different membrane-bound organelles with unique biochemical identities. Small GTPases of the Rab family play a central role in this organization, but how they are able to generate spatiotemporal order in the complex cellular environment is currently not known. Most previous studies on Rab GTPases have either relied on describing their behavior in living cells or in highly reductionist biochemical assays. However, neither of these two approaches can explain the dynamic activity patterns of Rab GTPases associated with their cellular functions. It has become clear that Rab GTPases are controlled in sophisticated regulatory networks with emergent, self-organizing properties. To obtain a mechanistic understanding of these Rab GTPase systems, new experimental assays are now required. In this proposal, we will use a “bottom-up” synthetic biology approach to rebuild the biochemical networks of Rab GTPases from purified components and demonstrate their self-organization into spatiotemporal activity patterns in vitro. We will combine these reconstitution experiments with cryo-electron microscopy to elucidate the structures of membrane-recruited Rab GTPase regulators. Finally, we will use microfabrication and laser lithography to prepare a mimic for the compartmentalized cell and find out how Rab GTPase signaling systems sense and process preexisting geometric and biochemical cues as in the living cell. This project will provide novel, quantitative information from different scales, from the emergent ensemble behavior down to the molecular structure of protein complexes. Together, this data will reveal how signaling systems of Rab GTPases control membrane identities in space and time, thereby improving our understanding of the intracellular organization of the eukaryotic cell.
Wissenschaftliches Gebiet
Programm/Programme
- HORIZON.1.1 - European Research Council (ERC) Main Programme
Thema/Themen
Finanzierungsplan
HORIZON-AG - HORIZON Action Grant Budget-BasedGastgebende Einrichtung
3400 Klosterneuburg
Österreich