AG Berndt

G protein-gekoppelt Rezeptoren (GPCRs) umfassen eine Proteinfamilie von 800 verschiedenen Membranproteinen. Die Aktivierung der Rezeptoren kann durch diverse molekulare Reize erfolgen, welche wiederum verschiedenste Signalwege modulieren können. Die klassischen Signalwege bezeichnet man hier als kanonisch (über ein G-protein und dessen Nukleotidaustausch). Jedoch kann die Signaltransduktion auch über alternative Wege erfolgen, druch nicht-kanonische Signalweiterleitung. In unser Arbeitsgruppe sind wir sehr am Verstehen von diesen nicht-kanonischen Signalwegen interessiert. Hierfür beleuchten wir die Funktion von großen intrazellulären GPCR-Domänen als mögliche Voraussetzung. Darüber hinaus charakterisieren wir die Rolle von Adapterproteinen (wie Arrestin, Dishevelled) in der alternativen Signaltransduktion und den damit vermittelten Aktivierungsmechanismus von verschiedenen Kinasen. ​

Nicht-kanonische Signaltransduktion von Adhesion GPCRs

​Adhesion GPCRs bilden eine Familie von 33 Mitgliedern. Sie zeichnen sich durch eine sehr große extrazelluläre N-terminale Domäne aus, welche durch mechanische Reize stimuliert werden kann. Das führt zu einem komplexen Aktivierungsmechanismus des Rezeptors, welcher kanonische und nicht-kanonische Signalwege modulieren kann. Erstaunlicherweise ist die Länge der intrazellulären Loopstrukturen, sowie des C-terminus sehr variabel und folgen keinem einheitlichen Muster. Die Frage stellt sich, warum haben einige Rezeptoren einen kurzen C-terminus und andere wiederum einen, welcher über 300 Aminosäuren lang ist. Gibt es vielleicht einen Zusammenhang zwischen der Länge der intrazellulären Domänen mit der Aktivierung von nicht-kanonischen Signalwegen. Eine Verbindung von aGPCRs zu potentiell neuen Signalkaskaden kann wesentlich zum Verständnis von GPCR Signaltransduktion beitragen.

Charakterisierung von Adapterproteinen in Signaltransduktion

In der Signalweiterleitung können Adapterproteine Schlüsselfunktionen übernehmen. Durch ihre Fähigkeit mehrere Signalproteine zu binden und sie somit in räumliche Nähe zu bringen, kann eine Signalweiterleitung ermöglicht werden. Arrestin, ein typisches Adapterprotein für nicht-kanonische Signaltransduktion, kann bis zu 100 verschiedene Proteine binden. Die Interaktion kann mitunter auch gleichzeitig mit mehrere Mitgleider einer Signalkaskade erfolgen. In unserer Arbeitsgruppe sind wir an der Regulation dieses Mechanismus interessiert und ob es in der GPCR Signalweiterleitung weitere Adaptorproteine gibt, welche ähnliche Funktionen übernehmen. ​

• ​Nicht-kanonische Signaltransduktion von Adhesion​ GPCRs​
• Charakterisierung von Adapterproteinen in Signaltransduktion

Techniken

1. Mitgau J, Franke J, Schinner C, Stephan G, Berndt S, Placantonakis DG, Kalwa H, Spindler V, Wilde C, Liebscher I. The N Terminus of Adhesion G Protein-Coupled Receptor GPR126/ADGRG6 as Allosteric Force Integrator. Front Cell Dev Biol. 2022 Jun 23
   
2. Berndt S, Liebscher I. New Structural Perspectives in G Protein-Coupled Receptor-Mediated Src Family Kinase Activation. Int J M ol Sci. 2021 Jun 17;22(12):6489.
3. Perez I, Berndt S, Agarwal R, Castro MA, Vishnivetskiy SA, Smith JC, Sanders CR, Gurevich VV, Iverson TM: A model for the signal initiation complex between Arrestin-3 and the Src family kinase Fgr. J Mol Biol. 2021 Dec 10;167400.
4. Chen Q, Zhuo Y, Sharma P, Perez I, Francis DJ, Chakravarthy S, Vishnivetskiy SA, Berndt S, Hanson SM, Zhan X, Brooks EK, Altenbach C, Hubbell WL, Klug CS, Iverson TM, Gurevich VV. An eight amino acid segment controls oligomerization and preferred conformation of the two non-visual arrestins. J Mol Biol. 2020; 166790.
5. Berndt S, Gurevich VV, Iverson TM: Crystal structure of the SH3 domain of human Lyn non-receptor tyrosine kinase. PLoS One. 2019; 14(4):e0215140.
6. Perry NA, Kaoud TS, Ortega OO, Kaya AI, Marcus DJ, Pleinis JM, Berndt S, Chen Q, Zhan X, Dalby KN, Lopez CF, Iverson TM, Gurevich VV. Arrestin-3 scaffolding of the JNK3 cascade suggests a mechanism for signal amplification. Proc Natl Acad Sci USA. 2019; 116(3):810-815.
7. Starbird CA, Perry NA, Chen Q, Berndt S, Yamakawa I, Loukachevitch LV, Limbrick EM, Bachmann BO, Iverson TM, McCulloch KM. The Structure of the Bifunctional Everninomicin Biosynthetic Enzyme EvdMO1 Suggests Independent Activity of the Fused Methyltransferase-Oxidase Domains. Biochemistry. 2018;57(50):6827-6837.
8. Chen Q, Perry NA, Vishnivetskiy SA, Berndt S, Gilbert NC, Zhuo Y, Singh PK, Tholen J, Ohi MD, Gurevich EV, Brautigam CA, Klug CS, Gurevich VV, Iverson TM: Structural basis of arrestin-3 activation and signaling. Nat Commun. 2017;8(1):1427.
9. Berndt S, Gurevich VV, Gurevich EV. Arrestins in Cell Death. In: Gurevich V. (eds) The Structural Basis of Arrestin Functions. Springer, Cham. 2017.
10. Witte K, Kaiser A, Schmidt P, Splith V, Thomas L, Berndt S, Huster D, Beck-Sickinger AG. Oxidative in vitro folding of a cysteine deficient variant of the G protein-coupled neuropeptide Y receptor type 2 improves stability at high concentration.Biol Chem. 2013;394(8):1045-56.
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