Strukturelle Analyse der Interaktion zwischen CRACM and STIM

Seit der Entdeckung des Speicher-abhängigen Kalzium- (Ca 2+) Stroms I CRAC (für: "calcium-release activated calcium current") 1992 im Labor von Prof. Penner hat man substantielle Informationen über die physiologische und klinische Relevanz des I CRAC gewonnen, die den CRAC Kanal als essentiellen Bestandteil bei zahlreichen zellulären Vorgängen und Reaktionen, wie Enzymaktivierung, Gentranskription, Zellproliferation und apoptoischer Zelltod, hervorhoben. Da die transiente Änderung der intrazellulären freien Ca2+ Konzentration ([Ca 2+]i) eine ganze Flut von zellulären Reaktionen kontrolliert und reguliert, stellt sie wohl die weit verbreitetste und wichtigste Signalvermittlung in der Zellphysiologie dar. Die Ausschüttung von Ca2+ aus den intrazellulären Speichern und der Einstrom von Ca2+ sind direkt über einen Mechanismus namens, "store-operated Ca2+ (SOC) Eintritt", miteinander verbunden. Die Relevanz von SOC bei Immunzellen wird durch die Tatsache deutlich, dass Lymphozyten, deren SOC defekt ist, keine Immunreaktion aufbauen können und diese Patienten eine sogenannte "Schwere Kombinierte Immundefizienz" (SCID) entwickeln. I CRAC stellt wohl den am besten charakterisierten SOC Strom dar. Dennoch ist bis heute die molekulare Zusammensetzung des CRAC Kanals unbekannt. Erst kürzlich identifizierte eine sensationelle Entdeckung ein Protein namens "Stromal Interaction Molecule" (STIM1), das als Sensor für den gespeicherten Ca2+ Haushalt für einen funktionellen SOC Einstrom verantwortlich ist. Gefolgt wurde diese entscheidende Entdeckung von der Identifizierung eines anderen, für den SOC Einstrom wichtigen, Proteins, genannt CRAC Modulator 1 (CRACM1), von Prof. Penners Gruppe beziehungsweise Orai1 von einer unabhängigen Studie aus den Laboren von Prof. Rao und Prof. Lewis. Sowohl die Unterdrückung der Expression dieses Proteins durch RNAi, als auch eine Punktmutation auf CRACM1 in Lymphozyten von SCID Patienten, setzen die Aktivität des CARC Kanals herab. Eine kombinierte Überexpression von STIM1 und CRACM1 verstärkt die SOC Ströme drastisch, die charakteristische Eigenschaften des I CRAC besitzen. Arbeiten aus drei Laboren (Cahalan, Rao, und Penner) haben Aminosäuren aus Transmembran- und Schlaufen-Domänen von CRACM1 identifiziert, die die Ionenselektivität beeinflussen und damit gezeigt, dass CRACM1 eine Poren-formende Untereinheit des CRAC Kanals darstellt. Weitere Daten demonstrieren, dass CRACM1 Homologe CRACM2 und CRACM3 auch SOC Kanäle mit definierten Eigenschaften bilden. Mein Antrag konzentriert sich auf STIM1 und CRACM1 Homologe, als eine Gruppe von Proteinen, die den SOC Einstrom, mit speziellen funktionellen Eigenschaften, vermitteln. Ich möchte biophysikalische, molekulare und funktionale Ansätze verwenden, um strukturelle und mechanistische Aspekte dieser Proteine und ihre Rolle im SOC Einstrom zu studieren.