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.