Projektbeschreibung
Entschlüsselung der molekularen Mechanismen der Ubiquitinierung
Das Ubiquitin-System ist ein stark regulierter und komplizierter zellulärer Weg, der für den Proteinabbau durch das Proteasom verantwortlich ist. Dabei wird ein kleines Protein namens Ubiquitin durch spezifische Ubiquitin-E3-Ligase-Enzyme an Zielproteine angehängt. Das Ubiquitin-Transfersystem hat sich als attraktives Ziel für Arzneimittel erwiesen, um in spezifische krankheitsassoziierte Proteine einzugreifen. Das vom Europäischen Forschungsrat finanzierte Projekt CsnCRL zielt darauf ab, die molekularen Mechanismen zu erforschen, die für die Regulierung des Ubiquitinierungsprozesses und insbesondere der E3-Ligasen verantwortlich sind. Die Forschungsgruppe wird fortgeschrittene strukturelle und funktionelle Untersuchungen mit Verfahren wie Röntgen-Kristallographie und Kryo-Elektronenmikroskopie durchführen. Mithilfe der Projektergebnisse werden grundlegende Erkenntnisse zur Ubiquitinierung gewonnen und es wird dazu beigetragen, das Verhalten von Komplexen mit mehreren Untereinheiten zu entschlüsseln.
Ziel
Specificity in the ubiquitin-proteasome system is largely conferred by ubiquitin E3 ligases (E3s). Cullin-RING ligases (CRLs), constituting ~30% of all E3s in humans, mediate the ubiquitination of ~20% of the proteins degraded by the proteasome. CRLs are divided into seven families based on their cullin constituent. Each cullin binds a RING domain protein, and a vast repertoire of adaptor/substrate receptor modules, collectively creating more than 200 distinct CRLs. All CRLs are regulated by the COP9 signalosome (CSN), an eight-protein isopeptidase that removes the covalently attached activator, NEDD8, from the cullin. Independent of NEDD8 cleavage, CSN forms protective complexes with CRLs, which prevents destructive auto-ubiquitination.
The integrity of the CSN-CRL system is crucially important for the normal cell physiology. Based on our previous work on CRL structures (Fischer, et al., Nature 2014; Fischer, et al., Cell 2011) and that of isolated CSN (Lingaraju et al., Nature 2014), We now intend to provide the underlying molecular mechanism of CRL regulation by CSN. Structural insights at atomic resolution, combined with in vitro and in vivo functional studies are designed to reveal (i) how the signalosome deneddylates and maintains the bound ligases in an inactive state, (ii) how the multiple CSN subunits bind to structurally diverse CRLs, and (iii) how CSN is itself subject to regulation by post-translational modifications or additional further factors.
The ERC funding would allow my lab to pursue an ambitious interdisciplinary approach combining X-ray crystallography, cryo-electron microscopy, biochemistry and cell biology. This is expected to provide a unique molecular understanding of CSN action. Beyond ubiquitination, insight into this >13- subunit CSN-CRL assembly will allow examining general principles of multi-subunit complex action and reveal how the numerous, often essential, subunits contribute to complex function.
Wissenschaftliches Gebiet
- natural sciencesearth and related environmental sciencesgeologymineralogycrystallography
- natural sciencesphysical sciencesopticsmicroscopyelectron microscopy
- natural sciencesbiological sciencesgeneticsmutation
- natural sciencesbiological sciencesbiochemistrybiomoleculesproteinsenzymes
- natural sciencesbiological sciencesmolecular biologystructural biology
Programm/Programme
Thema/Themen
Finanzierungsplan
ERC-ADG - Advanced GrantGastgebende Einrichtung
4058 Basel
Schweiz