Erforschung und Nutzung relevanter STIM1 Domänen

Kalzium ist ein für den menschlichen und tierischen Organismus essentielles Element, ohne welches das Leben im Sinne von biochemischen und zellulären Reaktionen nicht möglich wäre. Interessanterweise hat sich Kalzium als zweifach positiv geladenes Ion im Laufe der Evolution als enorm wichtiger Botenstoff durchgesetzt. Es spielt regulatorisch eine dominante Rolle bei der Fertilisation, bei der Zelldifferenzierung, dem Zellwachstum und der Zellteilung, sowie bei zelltypspezifischen Antworten als Reaktion auf extrazelluläre Signale wie Hormone, Wachstumsfaktoren, aber auch Antigene im Kontext einer Immunreaktion. Wie kommt Kalzium für all diese Funktionen in die entsprechende Zelle? Dafür gibt es spezielle, in die Zellmembran eingebaute Kanalproteine, welche streng reguliert und hochselektiv für Kalzium sind. Die Regulation dieser Kalziumeinstromsysteme basiert unter anderem auf Spannungssteuerung sowie Liganden-aktivierung. Das in diesem Projekt behandelte System wird als SOCE bezeichnet. Es handelt sich dabei um das Liganden-aktivierte Store Operated Calcium Entry system, welches von 2 Proteinen Orai und STIM realisiert wird. Dadurch, dass Kalzium eine so imposante und wichtige Rolle bei der zellulären Kommunikation spielt, ist es nicht verwunderlich, dass ein gestörtes SOCE zu Krankheiten führt, welche einerseits von einer milden Symptomatik begleitet werden, andererseits aber auch tödlich ausgehen können, je nachdem welche Proteindomänen betroffen sind. Dabei werden Störungen des SOCE Systems durch Mutanten von STIM und / oder Orai hervorgerufen. In diesem Projekt liegt der Fokus auf die Erforschung der Funktionsweise von STIM1. Dieses Protein fungiert als intrazellulärer Kalziumsensor und kann regulatorisch zwischen einem Ruhezustand und einem aktivierten Zustand wechseln. Aktiviertes STIM1 resultiert in einer Interaktion und Aktivierung von Orai, wodurch es zum zellulären Kalziumeinstrom und der darauffolgenden zellulären Antwort kommt. Über STIM1 sind bereits viele Punktmutanten bekannt, die sowohl ein dauerhaft aktiviertes STIM1 Protein (gain of function) als auch ein dauerhaft inaktives STIM1 Protein (loss of function) zur Folge haben. Diese sind Ursache diverser Krankheiten. Ziel des Projektes ist es die gestörten Regulationsmechanismen von STIM1 Mutanten zu verstehen und eine Basis für mögliche molekulare Therapieansätze zu liefern. Eine weitere Forschungsfrage im vorliegenden Projekt ist die Herstellung und Evaluierung von kleinen STIM bindenden Peptiden, welche auch als Therapieansatz bei vorliegenden STIM Mutanten eingesetzt werden könnten. Das Projekt wird an der Johannes Kepler Universität Linz am Institut für Biophysik durchgeführt unter der Leitung von Dr. Marc Fahrner. Zur Bearbeitung der Forschungsfragen werden Methoden der Molekularbiologie, Biochemie, Biophysik, Zellkultur, sowie molekular - strukturelle Simulationen eingesetzt.