Die Dynamik der Neutrophil Extracellular Traps (NETs) Bildung

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr. Luise Erpenbeck; Professor Dr. Sebastian Kruss
• Fachliche Zuordnung: Biophysik
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 346014890

Neutrophile Granulozyten sind die häufigsten Immunzellen im Blut und essentieller Teil der angeborenen Immunität.Während klassische Abwehrmechanismen von Neutrophilen wie die Phagozytose schon lange bekannt sind, wurde vor einigen Jahren ein weiterer Mechanismus entdeckt: Neutrophil Extracellular Traps (NETs). Während dieses Vorganges schleusen Neutrophile ihre DNA zusammen mit zitrullinierten Histonen und antimikrobiellen Peptiden aus und können mit diesen Netzwerken Pathogene binden und unschädlich machen, wobei die Neutrophilen absterben können (suizidale NETose).Während der (suizidalen) NETose kommt es zu einer drastischen Umverteilung zellulärer Bestandteile. Innerhalb weniger Stunden expandiert das Chromatin der Zelle bis es schließlich in den Extrazellularraum abgegeben wird. Die Mechanismen, welche diesen Vorgang steuern und insbesondere der zeitliche Ablauf sind bisher wenig verstanden. Es ist bekannt, dass die NETose durch verschiedene Stimuli induziert werden können wie Bakterien und Pilze, aber auch Lipopolysaccharid (LPS), Phorbol Myristat Acetat (PMA) oder Chemokine. Unbeantwortet blieb bisher jedoch die Frage, wie die Dekondensation des Chromatins und dessen Ausschleusen aus der Zelle aus biophysikalischer Sicht ablaufen. Das Ziel dieses Projektes ist es, die Umorganisation des Chromatins und des Zytoskeletts bei der NETose zu verstehen und zu untersuchen, wie die DNA am Ende die Zelle verlässt (aktiver Transport oder passive Diffusion + Membranruptur). Um diese Fragen zu beantworten, werden wir die Restrukturierung des Chromatins und des Zytoskeletts zeitlich aufgelöst verfolgen. Verschiedene zytoskelettale Komponenten sollen außerdem inhibiert werden, um deren Bedeutung bei der NETose zu ermitteln. Die Expansion des Chromatins und die Reorganisation des Zytoskeletts sollte auch Auswirkungen auf die mechanischen Eigenschaften der Zelle haben. Diese werden daher mit Rasterkraftmikroskopie (AFM) während der NETose gemessen, um herauszufinden ob diese Änderungen oder externe Kräfte eine Ruptur der Zellmembran ermöglichen. Bisher ist außerdem nicht verstanden, welchen Einfluss Adhäsion auf diesen Prozess hat. Es gibt Hinweise, dass das Integrin Mac-1 eine wichtige Rolle spielt. Daher werden wir NETose auf chemisch definierten Oberflächen induzieren, die entweder eine Adhäsion komplett verhindern oder andererseits spezifische Integrin Liganden präsentieren. Dadurch wollen wir das Wechselspiel zwischen Adhäsion und NETose genauer verstehen. Zusammenfassend wollen wir in diesem Projekt NETose aus einer biophysikalischen Perspektive genauer verstehen. Dabei liegt unser Fokus vor allem auf den drastischen Umstrukturierungen innerhalb der Zelle. Die Prinzipien dieses Reorganisationsprozesses könnten über die NETose hinaus wichtige Erkenntnisse für die Zellbiologie liefern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen