Molekularer Mechanismus der Ca-Regulation von Alpha Actinin

Das Cytoskelett ist eine komplexe supramolekulare Struktur in den Zellen, die hilft Form, Stabilität und innere Organisation aufrechtzuerhalten, sowie Bewegungen und dynamische Funktionen auszuführen. Auf diese Weise ist es analog zum Skelett komplexer mehrzelliger Organismen, jedoch in viel kleinerem Maßstab. Das Cytoskelett besteht aus verschiedenen Arten von Proteinfilamenten und akzessorischen Proteinen, die sich bei Bedarf und als Reaktion auf intra- und extrazelluläre Signale assoziieren, dissoziieren und neu anordnen. Das Verständnis der Struktur, Dynamik, Regulation und Funktion ist sowohl in der Grundlagenforschung als auch in der Medizin wichtig, wo abnormale Prozesse und Mutationen zu Fehlfunktionen des Zytoskeletts und damit zu verschiedenen Krankheiten führen. Wir konzentrieren uns auf den dynamischsten Typ des Zytoskeletts - das Actin-Zytoskelett, bei dem Actinfilamente in 3D-Netzwerken oder dicht gepackten Bündeln organisiert sind, die von allgegenwärtigen Proteinen a-Aktinin-1 und -4 zusammengehalten werden, die sich selbst zu Homo-dimere assoziieren und Vernetzungseinheiten bilden. Insbesondere interessiert uns, wie der Vernetzungsmodus dieser beiden a-Actinine reguliert wird. Der Hauptaspekt scheint die Calciumbindung an eine bestimmte Region innerhalb von a-Actinin zu sein. Wir nehmen an, dass die Phosphorylierung von a-Actinin und die Assoziation beider Typen zur Bildung heterogener dimerer Komplexe, die Komplexität dieses Regulationsmechanismus weiter erhöht. Indem wir diese Ereignisse auf detaillierter molekularer Ebene untersuchen, wollen wir beantworten, wie die Konformationsplastizität von a- Actinin-1 und -4 durch Calciumbindung moduliert wird. Dies wird wiederum dazu beitragen, die Regulation von Adhäsionskontakten, Zellvorsprüngen und Spannungsfasern zu verstehen, die Strukturen sind, die für die Zelladhäsion und -bewegung von entscheidender Bedeutung sind. Der experimentelle Teil des Projekts umfasst verschiedene Methoden zur Untersuchung von Proteinen sowohl in isolierten Umgebungen als auch in komplexen zellulären Aufbauten. Fortgeschrittene Methoden der Strukturbiologie, einschließlich Proteinkristallographie und Cryo- Elektronenmikroskopie sowie zellbiologische Ansätze, werden eingesetzt und durch Proben ergänzt, die darauf abzielen, die Aktivität der Aktinfilamentbündelung von a-Actinin-1 und -4 zu untersuchen. Das Projekt wird in Zusammenarbeit von der Universität Wien (Österreich) und der Universität Ljubljana (Slowenien) durchgeführt, wo sich beiden jungen und dynamischen Arbeitsgruppen unter der Leitung von Kristina Djinovic-Carugo (Österreich) und Brigita Lenarcic (Slowenien) zusammenschließen, um gemeinsam das spannende Projekt in Angriff zu nehmen. Die Ergebnisse werden das Verständnis der Struktur und der Funktion der Grundproteine a- Actinin-1 und -4 vertiefen, den Weg für ein besseres Verständnis der molekularen Grundlagen von Actinin-assoziierten Erkrankungen ebnen und zur Entwicklung neuartiger zellbasierter Technologien beitragen.