Transport von Zelladhäsionsmolekülen: Wie organisiert Rab21 den Integrin-Transport mechanistisch?

Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 242476905

Eine Missregulation der Adhäsion und Migration von Zellen ist ursächlich für das Auftreten verschie-dener Krankheiten wie Krebs, Entzündungs- oder degenerativer Krankheiten. Mitglieder der Integrin-Familie, Adhäsions-Rezeptoren auf der Zelloberfläche, haben einen starken Einfluss auf die Migration und Invasion sowohl von Krebs- als auch von Immunzellen. Zudem werden Integrine als Vektoren von vielen Pathogenen benutzt, um in Wirtszellen zu gelangen, was das Spektrum der dieser Moleküle um das Feld der Infektionskrankheiten erweitert. Zunehmend wird klar, dass für die Funktion der Integrine nicht nur ihre Aktivierung, sondern auch ein Endo-/Exozytosezyklus eine wichtige Rolle spielt. Rab21, ein Protein aus der Ras-Familie kleiner GTP-bindender Proteine, das an den zytoplasmatischen Be-reich der alpha-Untereinheit von Integrinen bindet, stellt einen Hauptregulator des endozytischen Transportes von Integrinen dar. Auf strukturell-molekularer Ebene ist jedoch noch wenig über die Me-chanismen dieser Regulation bekannt, was vor allem daran liegt, dass bisher kaum Bindungspartner von Rab21 identifiziert worden sind.Ziel dieses Forschungsantrages ist es, einen detaillierten Einblick zu erhalten, wie Rab21 den Integrin-transport strukturell-mechanistisch organisiert. Dabei werden drei Projekte bearbeitet.A) Identifizierung von Rab21-Effektoren, die in den Integrin-Transport involviert sind.Noch unbekannte Rab21-Effektoren werden mit Hilfe einer Kombination aus einem Protein-Protein Interaktions-Screen und quantitativer Massenspektrometrie identifiziert. Die gefundenen Effektoren werden hinsichtlich ihres Einflusses auf den Integrin-Transport getestet.B) Strukturanalyse des Rab21-Integrin-Transportnetzwerkes. Sowohl die identifizierten Rab21-Effektoren als auch der zytoplasmatische Teil des Integrins werden im Komplex mit Rab21 kristallisiert, um Momentaufnahmen des Rab21-regulierten Integrin-Transportnetzwerkes zu erhalten. Diese Strukturen versprechen zur Aufklärung der Funktion des Komplexes einen wichtigen Beitrag zu leisten und die Frage zu beantworten wie ein kleines Protein wie Rab21 sowohl seine Fracht (Integrin) als auch regulierende Effektoren gemeinsam binden kann.C) Funktionsanalyse der Rab21-Effektoren.Die Funktion der identifizieren Effektoren werden sowohl biochemisch als auch zellbiologisch unter-sucht. Im Vordergrund steht die Frage wie diese Effektoren die Dynamik der Endozytose von Integri-nen beeinflussen. Verschiedene Mikroskopietechniken (konfokale Mikroskopie, Lebendzell-Mikroskopie, TIRF) werden dabei angewandt.Der Forschungsantrag setzt auf einen multidisziplinären Ansatz beginnend mit einem biochemischen Screen und der Kombination verschiedener modernster zell- und strukturbiologischer Techniken, um unser Verständnis des Integrin-Transports von der Plasmamembran zu Endosomen und seinen Ein-fluss auf verschiedene Krankheiten größtmöglich zu erweitern.