AG Cullin4-RING-Ubiquitinligasen (Dr. David Schwefel)

Die AG  beschäftigt sich mit den molekularen Mechanismen,

  • wie die Substratproteine von der Ubiquitin-Ligase erkannt werden,
  • welche Konsequenzen die Ubiquitinanknüpfung für das Substrat und für die Zelle hat,
  • wie Cullin4-RING Ubiquitinligasen durch Virenproteine modifiziert werden und wie sich dadurch die Substratspezifität verändert.

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Arbeitsgruppe Cullin4-RING-Ubiquitinligasen ("Emmy Noether-Nachwuchsgruppe" der DFG)

Zusammenfassung

Cullin4-RING-Ubiquitin-Ligasen evolvierten eine modulare Architektur, um gezielt Ubiquitin an zelluläre Proteine anzuknüpfen. Dadurch werden deren Proteolyse durch das Proteasom oder andere regulatorische Prozesse eingeleitet, was insbesondere Bedeutung für die DNA-Reparatur, DNA-Replikation und Zellyzklusregulation hat. Substratspezifität wird hierbei durch austauschbare Rezeptorproteine (DCAFs, Tabelle 1) sichergestellt, die über einen Adapter (DDB1) an den katalytischen Cullin4-RING-Subkomplex angebunden sind (Abbildung 1A). Dieser modulare Aufbau des Cullin4-RING-Systems platziert das Substratprotein ideal für den Ubiquitin-Transfer durch Ubiquitin-geladenes E2 (Abbildung 1B).

Tabelle: Putative DCAFs, die in Proteomik-Screens als DDB1-Interaktionspartner identifiziert wurden (+) (Jin et al. [1], He et al. [2], Angers et al. [3], Higa et al. [4], Humanes Interaktom [5])

DCAF

Jin et al.

He et al.

Angers et al.

Higa et al.

Human interactome

DCAF1

+

+

+

 

+

DCAF2

+

+

+

+

+

DCAF3

+

 

+

 

+

DCAF4

+

 

+

   

DCAF5

+

 

+

   

DCAF6

+

 

+

 

+

DCAF7

+

       

DCAF8

+

 

+

   

DCAF9

+

 

+

   

DCAF10

+

+

+

 

+

DCAF11

+

 

+

 

+

DCAF12

+

 

+

 

+

DCAF13

+

       

DCAF14

+

 

+

   

DCAF15

+

       

DCAF16

+

 

+

   

DCAF17

+

       

DCAF19

   

+

   

CSA

+

+

+

   

DDB2

+

+

+

+

 

DET1/COP1

+/+

-/+

+/-

-/+

 

DDA1

+

 

+

 

+

PWP1

 

+

     

GNB2

 

+

     

KATNB1

 

+

     

RBBP7

 

+

     

FBXW5

 

+

     

FBXW8

 

+

     

NUP43

 

+

     

APG16L

 

+

     

RBBP4

 

+

     

GRWD1

 

+

 

+

 

WSB1

 

+

     

WSB2

 

+

     

IFRG15

   

+

 

+

TRPC4AP

   

+

+

 

TLE1-3

     

+

 

WDR26

     

+

 

WDR82

     

+

 

SMU1

     

+

 

RBBP5

     

+

 

WDR5B

     

+

 

POC1B

     

+

 

SNRNP40

     

+

 

WDR61

     

+

 

WDR76

     

+

 

WDR5

     

+

 

PAFAH1B1

     

+

 

NLE1

     

+

 

WDR12

     

+

 

WDR39

     

+

 

WDR53

     

+

 

WDR59

     

+

 

EED

     

+

 

GTF3C2

       

+

Folgende Themenkomplexe werden in unserer Arbeitsgruppe auf molekularer Ebene untersucht:

Figure 1 Schwefel.gif
Abbildung 1: Modularer Aufbau des Cullin4-RING E3 Ligasekomplexes A – Zwei Ansichten des Ligasekomplexes. Das Modell wurde durch Überlagerung der Strukturmodelle des Cullin4-RBX1-DDB1-Subkomplexes (PDB 2hye, [3]) mit unserer eigenen DDB1-DCAF1-Struktur erstellt. B – Schema des Ubiquitin-Übertragungsvorgangs. Die spezifische Bindung des Substratproteins durch den DCAF-Rezeptor platziert das Substrat in einer günstigen Position für die Ubiquitin-Übertragung vom Ubiquitin-geladenen E2, welches wiederum durch die RBX1-Untereinheit gebunden wird.
  • Wie ist der Substratrezeptor DCAF1 in den E3-Ligasekomplex integriert, wie werden Substratproteine spezifisch erkannt, und welche Konsequenzen hat dies für das Substrat und die Zelle?
  • Die Interaktion von DCAF1 mit akzessorischen Proteinen aus Immunodefizienzviren soll untersucht werden, um den Mechanismus der virusinduzierten DCAF1-Spezifitätsänderung und der daraus resultierenden Degradation antiviraler Proteine zu verstehen. Dieser Ansatz wird nicht nur Erkentnisse über die virale Modifikation des Cullin4-RING-Systems liefern, sondern trägt auch weiter zum Verständnis retroviraler Replikation bei.
  • Substratkandidaten bisher nicht charakterisierter DCAFs werden identifiziert, um so neue Einblicke in die Cullin4-Rezeptorspezifität und damit in die Biologie des Cullin4-RING-Systems zu erlangen.