LFF BIKON: ENTSTEHUNG, DYNAMIK UND FUNKTION VON BIOMOLEKULAREN KONDENSATEN
In dem über die Landesforschungsförderung (LFF) Hamburg geförderten Forschungsverbund BIKON werden Aufbau, Dynamik und Funktion biomolekularer Kondensate untersucht. Biomolekulare Kondensate sind zelluläre Reaktionsräume ohne Membran. Die lokale Konzentrierung von Molekülen in Kondensaten ist ein Grundprinzip der Regulation biochemischer Prozesse in Lebewesen. Das interdisziplinäre Forschungskonsortium von UHH und DESY erforscht die Funktion und Regulation dieser Kondensate bei der Stressantwort im zellulären und organismischen Kontext.
Teilprojekte
Teilprojekt 1
Stress- und altersbedingte Bildung und Dynamik von biomolekularen Kondensaten
Promotionsstudent: Levi von Kalben
PI Team: Zoya Ignatova, Rainer Kaufmann, Carolin Seuring, Baris Tursun
Unter Stressbedingungen und beim Altern sammeln sich bestimmte Proteine und Ribonukleinsäuren (RNAs) in speziellen Kondensaten an, die als Stressgranulate (stress granules = SGs) bezeichnet werden. In gesunden Zellen haben SGs wichtige Schutzfunktionen und gewährleisten die Homöostase molekularer Prozesse. Mit Hilfe von höchstauflösenden bildgebenden Verfahren und molekularbiologischen Methoden wird in verschieden Zelltypen des Tiermodells C. elegans die Dynamik intakter SGs unter verschiedenen Stressbedingungen und verschiedenen Alters erforscht. Der Austausch von RNA und/oder Proteinen zwischen unterschiedlichen Kondensaten, wie zum Beispiel SGs und den konstitutiv exprimierten P-Körperchen (P-bodies), soll am intakten Organismus untersucht werden. Forschungsergebnisse dieses Projekts könnten neue Erkenntnisse hinsichtlich der Dynamik von SGs im Zusammenhang mit Krankheiten liefern, bei denen Störungen der SG-Eigenschaften eine Rolle spielen.
Teilprojekt 2
Hitzeinduzierte Kondensate in der Translationsregulation
Promotionsstudentin: Nina Eichler
PI Team: Magdalena Weingartner, Stefan Hoth, Rainer Kaufmann, Carolin Seuring
Während der Hitzestressantwort einer Pflanze werden in den Zellen biomolekulare Kondensate (stress granules) gebildet, die nicht translatierte mRNAs und Proteine, z.B. den Elongationsfaktor EF1Bb1, enthalten und diese vor Abbau schützen. Gleichzeitig ist aber die Translation bestimmter Proteine essentiell für die erfolgreiche Hitzestressantwort. In diesem Projekt soll deshalb die Hypothese getestet werden, dass in oder an den Kondensaten Translation stattfinden könnte. Durch hochauflösende Bildgebung soll geklärt werden, wie sich die Ribosomen bei Hitzestress in der Zelle verteilen und ob sich Ribosomen auch an den Kondensaten befinden. Zudem sollen Translationsfaktorkomplexe, die sich ebenfalls in den Kondensaten befinden, hinsichtlich ihrer Anordnung in den Kondensaten und der bestehenden Interaktionen zwischen den einzelnen Proteinen untersucht werden.
Teilprojekt 3
Dynamik nukleärer Kondensate im Kontext homologer Rekombination
Promotionsstudent: Jonas Westphal
PI Team: Arp Schnittger, Maren Heese, Kay Grünewald, Roland Thünauer
Nach DNA-Schädigung kommt es zur Bildung von Reparaturfoci an der DNA, die Charakteristika biomolekularer Kondensate aufweisen. Ein Protein unbekannter Funktion, das sich nach Cisplatin-Gabe im Kern anreichert, ist KNOTEN1 (KNO1), von dem wir zeigen konnten, dass es mit Komponenten des RTR-Komplexes (RECQ4/TOP3A/RMI1), einem Suppressor homologer Rekombination interagiert. KNO1 besteht zu großen Teilen aus intrinsisch ungeordneten Bereichen und weist in Vorhersageprogrammen eine hohe Wahrscheinlichkeit auf, Kondensate zu bilden. Im Rahmen dieses Projektes wollen wir in vitro Strukturdaten und LLPS-Parameter von RTR-gebundenem und ungebundenem KNO1 erheben und außerdem ergründen, wie die KNO1 Anreicherung in vivo die Zusammensetzung von Reparaturfoci über die Zeit verändert.
Teilprojekt 4
Phloemmobile Protein-RNA Kondensate
Promotionsstudentin: Suraksha Smitha
PI Team: Julia Kehr, Arwen Pearson, Anders Madsen, Felix Lehmkühler, Maria Garcia Alai
Phloem RNA Transport ist für die Regulation wichtiger physiolo gischer Prozesse in höheren Pflanzen essentiell. In diesem Projekt soll untersucht werden, welche Rolle biomolekulare Kondensate aus RNAs und Proteinen beim systemischen RNA Transport bzw. der RNA Speicherung unter Stressbedingungen spielen. Dazu sollen mittels biophysikalischer Methoden und unter Einsatz der Strahlungsquellen von DESY und XFEL die Struktur dieser Kondensate zunächst in vitro aufgeklärt und die Dynamik des Auf- und Abbaus charakterisiert werden. Ziel ist es, die Methoden so zu optimieren, dass sie auch auf Kondensate in Zellflüssigkeit und in Zukunft auch in Gewebe angewendet werden können.