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Synthetic and structural biology of Rab GTPase networks

Descripción del proyecto

Las GTPasas de la familia Rab y su papel en la compartimentación celular

La compartimentación en muchos y diferentes orgánulos unidos a la membrana es la característica clave de las células eucariotas. Las pequeñas GTPasas de la familia Rab desempeñan un papel esencial en dicha organización, pero se desconocen los mecanismos de formación espacio-temporal del complejo entorno celular. El equipo del proyecto GTPaseNet, financiado con fondos europeos, tiene como objetivo introducir una nueva metodología experimental, a través de la biología sintética para reconstruir las redes de GTPasas a partir de componentes purificados y demostrar la autoorganización en patrones espacio-temporales «in vitro». Los experimentos de reconstitución se combinarán con la criomicroscopía electrónica para dilucidar las estructuras de la membrana. La microfabricación y la litografía láser permitirán reconstruir la célula compartimentada, al modelar el sistema de GTPasas Rab mediante la detección de señales geométricas y bioquímicas en la célula viva.

Objetivo

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.

Institución de acogida

INSTITUTE OF SCIENCE AND TECHNOLOGY AUSTRIA
Aportación neta de la UEn
€ 1 928 624,00
Dirección
Am Campus 1
3400 Klosterneuburg
Austria

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Región
Ostösterreich Niederösterreich Wiener Umland/Nordteil
Tipo de actividad
Higher or Secondary Education Establishments
Enlaces
Coste total
€ 1 928 624,00

Beneficiarios (1)