Forschungsprofil

  • Zelluläre Kontrolle der Proteinqualität
  • Koaggregation von Proteinen und RNA
  • Biogenese und zelluläre Stabilität von Flavoproteinen

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(1) Reorganisation von membrangebundenen Organellen während Proteostase-Stress

Wir entdeckten, dass die Proteostase-dedizierte Ubiquitin-Ligase CHIP bei akutem Stress an Zellmembranen andockt. HSP70 und Lipide konkurrieren um die Bindung an die TPR Domäne von CHIP. Der Zugang zu kompartimentspezifischen Substraten ermöglicht es, die Ubiquitinligase an der Reorganisation der jeweiligen Organellen zu beteiligen, wie beispielsweise die Fragmentierung des Golgi-Apparats zeigt. Nehmen andere TPR Domänen-enthaltende Proteostase-Proteine (HOP, DnaJC7, FKBP51, FKBP52) an ähnlichen Regelkreisen teil? Die durch CHIP und andere Cochaperone gesteuerte Organellenanpassung bietet ein mechanistisches Verständnis der zellulären Adaptation.

Kopp Y., Lang W.H., Schuster T.B., Martínez-Limón A., Hofbauer H.F., Ernst R., Calloni G., Vabulas R.M. (2017) CHIP as a membrane-shuttling proteostasis sensor. eLIFE. 6: e29388.

(2) Stressbedingte membranfreie Kompartmentierung (RNA-Protein-Aggregate)

Zellulläre RNA liegt fast immer assoziiert mit Proteinen vor. Eine Ausnahme bildet die Disassemblierung von Polysomen während einer Stressreaktion, wenn nackte RNA massiv in das Zytosol freigesetzt wird. Wir haben die mRNA-Methylierungsmaschinerie identifiziert, die die Sequestrierung von Transkripten in Stressgranulen unterstützt, um die Transkripte zu schützen. Unerwart beeinflusste die Hemmung der Maschinerie die Clearance eines amyloidogenen Proteins und erhöhte die Koaggregation von benachbarten Proteinen und RNA. Unsere Ergebnisse deuten auf einen Zusammenhang zwischen Protein- und RNA-Homöostase hin. Sind N1-Methyladenin-Readerproteine für die mRNA-Sequestrierung bei akutem und chronischem Stress verantwortlich? Funktionieren ähnliche Mechanismen während einer RNA Virusinfektion in menschlichen Zellen?

1. Alriquet M., Calloni G., Martínez-Limón A., Ponti R.D., Hanspach G., Hengesbach M., Tartaglia G.G., Vabulas R.M. (2020) The protective role of m1A during stress-induced granulation. J Mol Cell Biol. doi: 10.1093/jmcb/mjaa023.

2. Sanchez de Groot N., Armaos A., Graña-Montes R., Alriquet M., Calloni G., Vabulas R.M.*, Tartaglia G.G.* (2019) RNA structure drives interaction with proteins. Nat Commun. 10(1):3246.

3. Alriquet M., Martínez-Limón A., Hanspach G., Hengesbach M., Tartaglia G.G., Calloni G., Vabulas R.M. (2019) Assembly of Proteins by Free RNA during the Early Phase of Proteostasis Stress. J Proteome Res. 18(7):2835-2847.

(3) Gezielte Störung des menschlichen Flavoproteoms

Riboflavin (Vitamin B2) ist der Vorläufer von FMN- und FAD-Cofaktoren, die ein kleines, aber metabolisch sehr wichtiges Flavoproteom definieren, das beim Menschen von ca. 100 Genen codiert wird. Mithilfe quantitativer Massenspektrometrie und biochemischer Tests konnten wir die Destabilisierung eines signifikanten Anteils von Flavoproteinen während eines Vitamin-B2-Mangels aufdecken. Die Destabilisierung führte zu einer erhöhten Proteinaggregation. Unsere Daten legen nahe, dass eine relative Unzulänglichkeit des Apoproteinabbaus, die durch Vita-minmangel verursacht wird, Störungen der Proteinaggregation verschlimmern kann. Die Stabilitätsanalyse von Flavoproteinen wie NADPH Oxidasen, NO Synthasen oder Komplexen der Atmungskette bietet die aufregende Möglichkeit, Ernährung und Darmmikrobiom mit chronischen Krankheiten, Entzündungen und altersbedingten Erkrankungen in Verbindung zu bringen. Darüber hinaus untersuchen wir die Möglichkeit, den lokalen und vorüber-gehenden Mangel an Vitamin B2 zu nutzen, um die Empfindlich-keit von Tumorzellen für eine Chemotherapie zu erhöhen.

1. Martínez-Limón A., Calloni G., Ernst R., Vabulas R.M. (2020) Flavin dependency undermines proteome stability, lipid metabolism and cellular proliferation during vitamin B2 deficiency. Cell Death Dis. 11(9):725. doi: 10.1038/s41419-020-02929-5.

2. Martínez-Limón A., Alriquet M., Lang W.H., Calloni G., Wittig I., Vabulas R.M. (2016) Recognition of enzymes lacking bound cofactor by protein quality control. PNAS USA. 113(43):12156-61.