Struktur-Funktionsanalyse des spät-endosomalen LAMTOR Komplexes

So genannte Scaffold (Gerüst) Proteine organisieren intrazelluläre Signaltransduktions-Komplexe in Raum und Zeit und steuern dadurch alle essentiellen Vorgänge von Zellen, wie Zellteilung, Wachstum, Differenzierung, Zelltod und Zellmigration. In vorangegangenen Arbeiten konnten wir zeigen, dass die Mitogen-aktivierte Protein Kinase (MAPK) durch die Scaffold Proteine MP1 und p14 an der limitierenden Membran einer ganz bestimmten Organelle aufgehängt ist, dem späten Endosom (1). Dabei bilden p14 und MP1 einen sehr stabilen heterodimeren Komplex und MP1 bindet direkt an die Kinasen MEK1 und ERK1/2. Verankert an der Membran wird der Komplex durch ein weiteres Protein, p18 (2,3). Dieser p18/p14/MP1 (LAMTOR) Komplex steuert auch die Rekrutierung von mTORC an diese Organelle. Weitere Mitglieder des Komplexes, HBXIP/C7orf59, wurden kürzlich identifiziert (4) und Aktivität als Guanin Nukleotid Austauschfaktor für die RagA+B GTP bindenden Proteine nachgewiesen, um dadurch die Menge der vorhandenen intrazellulären Aminosäuren zu messen (5) und Zellwachstum zu steuern. Wir konnten durch konditionelle Gendeletion von p14 im Mausmodell zeigen, dass der p14/Mp1 Teil des Komplexes endosomalen Transport und Zellwachstum kontrolliert (6). Weiters konnten wir erstmals eine neue Immun-Defizienz in Kindern entdecken, die durch eine genetische Mutation in p14 schwere Schädigungen des Lysosoms hervorruft (7). Auch der p18-mTORC teil des Komplexes wurde Schädigungen am Lysosom zugeordnet (8). Damit reguliert dieser Komplexnicht nur MAPKundmTORC1Signalweiterleitung sondern auch endosomale/lysosomale Biogenes und Integrität. Welche grundlegend neuen Aspekte werden in diesem Projekt untersucht? Dieses Projekt wird eine detaillierte atomare Aufklärung der Proteinkristallstrukturen des gesamten LAMTOR Komplexes liefern. Diese Information wird dazu dienen funktionelle Experimente zu planen, um die einzelnen Komponenten auf ihre biologische Funktion in der Signalweiterleitung und Signaldifferenzierung besser verstehen zu können. Unsere Arbeitshypothese beinhaltet, dass der LAMTOR Komplex so ähnlich am, der späten Endosom assembliert wie ein anderer multifunktionaler Protein Komplex, der sogenannte TRAPP Komplex (trafficking protein particle). Die entscheidenden Fragen, die in diesem Projekt beantwortet werden sollen, lauten: (1.) In welcher Zusammensetzung und Stöchiometrie assemblieren die LAMTOR Komponenten? (2.) Gibt da ein generelles Ordnungsprinzip, dass auch in anderen Komplexen in Zellen gefunden werden kann? (3.) Wie reguliert der LAMTOR Komplex die endosomale/lysosomale Biogenese? Um diese Fragen zu beantworten planen wir, (1.) die Kristallstruktur des gesamten aus allen Untereinheiten bestehenden Komplexes aufzuklären und (2.) diese Informationen mit bereits gelösten Strukturen zu vergleichen (z.B. TRAPP Komplex, aber auch andere); (3.) erste Hinweise weiter zu untersuchen, dass so genannte SNARE Bindungsdomänen darin enthalten sein könnten, was die gestörte Organellenbiogenese erklären könnte. Zusammenfassend, werden die vorgeschlagenen Studien maßgeblich dazu beitragen könnten, die Rolle des LAMTOR Komplexes in der Koordination und Weiterleitung verschiedener intrazellulärer Signalkaskaden und die Biogenese intrazellulärer Organellen besser zu verstehen.