Charakterisierung des STIM-Orai1 Aktivierungs-Interface

Der speicherabhängige Ca2+ Einstrom beschreibt einen fundamentalen Weg der Kalziumaufnahme von Zellsystemen und ist essentiell für die Anschaltung und Aufrechterhaltung einer effektiven Immunantwort. An diesem Mechanismus sind im Wesentlichen die zwei Proteine STIM1 und Orai1 beteiligt, welche durch ihr komplexes Zusammenspiel eben diesen Kalziumeinstrom erst ermöglichen. Initiiert wird diese Aktivierungskaskade durch ein Absinken der Ca2+ Konzentration im endoplasmatischen Retikulum. Das dort befindliche STIM1 Protein leitet dieses Signal an den Ionenkanal Orai1 weiter, welcher in der Zellmembran lokalisiert ist. Hierbei bewirkt eine Konformationsänderung von STIM1 die Freisetzung von zuvor unzugänglichen zytosolischen Domänen die direkt an den Ionenkanal binden und diesen in weiterer Folge aktivieren. Der Aktivierungsmechanismus sowie die Wechselwirkung dieser Proteine konnten bis jetzt nur teilweise entschlüsselt werden. Im Zuge dieses Projekts wurde ein erst kürzlich neu entwickelter methodischer Ansatz (FRET-derived Interactions in a Restricted Environment FIRE) genutzt, welcher detaillierte Interaktionsstudien auf molekularer Ebene ermöglicht. Das Hauptaugenmerk liegt dabei auf der Charakterisierung von homo- und heteromeren Wechselwirkungen einzelner a-helikaler Bereiche von STIM1 und Orai1, die zusammen das STIM1-Orai1 Aktivierungs-Interface darstellen. Die Charakterisierung dieses STIM1-Orai1 Aktivierungs-Interfaces könnte zu neuen CRAC Kanal Inhibitoren führen, die in der Behandlung von Immunerkrankungen von großer Relevanz sind.

Der speicherabhängige Ca2+ Einstrom beschreibt einen fundamentalen Weg der Kalziumaufnahme von Zellsystemen und ist essentiell für die Anschaltung und Aufrechterhaltung einer effektiven Immunantwort. An diesem Mechanismus sind im Wesentlichen die zwei Proteine STIM1 und Orai1 beteiligt, welche durch ihr komplexes Zusammenspiel eben diesen Kalziumeinstrom erst ermöglichen. Initiiert wird diese Aktivierungskaskade durch ein Absinken der Ca2+ Konzentration im endoplasmatischen Retikulum.Das dort befindliche STIM1 Protein ist im Ruhezustand an Mikrotubuli gebunden. Seine Aktivierung bewirkt ein Loslösen von diesen Strukturen und seine Migration zur Plasmamembran wo STIM1 das Signal der Speicherentleerung an den Ionenkanal Orai1 weiter leitet. STIM1 erfährt während seiner Aktivierung spezifische Konformationsänderungen und hat die Freisetzung einer zuvor unzugänglichen zytosolischen Domäne namens CAD/SOAR zur Folge. Dieser Bereich besteht hauptsächlich aus 4 alpha-helikalen Bereichen (1, 2, 3, 4), welche direkt an den Ionenkanal binden und diesen in weiterer Folge aktivieren. Als bedeutendes Resultat dieses Projekts kann die Identifizierung der 3 und ihre Schlüsselrolle bei der Ionenkanalaktivierung gesehen werden. Ein systematischer Scan dieser kleinen alpha-helikalen Domäne ermöglichte uns die relevante Aminosäuren für die Signalweiterleitung zu erkennen und zu charakterisieren. Desweiteren gelang es uns im Rahmen dieses Projekts den Bereich der Interaktionsseite für diese Domäne in Orai1 zu erfassen. Diese neu entdeckte Interaktion der STIM1 3 Domäne mit dem Ionenkanal Orai1 könnte eine relevante Schnittstelle der Signalweiterleitung darstellen und neue Ansatzmöglichkeiten für die weitere Charakterisierung liefern.