Genetische und funktionelle Analyse der Intermediärfilament-Funktion für die Zell-Zell Adhäsion und Biomechanik im C. elegans Darm

• Antragsteller: Professor Dr. Olaf Bossinger; Professor Dr. Rudolf E. Leube; Professor Dr. Rudolf Merkel
• Fachliche Zuordnung: Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung ; Evolutionäre Zell- und Entwicklungsbiologie der Tiere
• Förderung: Förderung von 2009 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 121916714

Intermediärfilamente (IFs) sind einer von drei Hauptbestandteilen des Zytoskelett-Systems in Metazoen. Viele IF Polypeptide werden in zelltypspezifischen Kombinationen synthetisiert, was auf eine spezialisierte Funktion hindeutet. C. elegans trägt ein großes Potential den noch ungelösten Mechanismus des IF Zusammenbaus in komplexe Netzwerke und die Funktion von IFs in einem lebenden Organismus aufzuklären. Im Gegensatz zu Drosophila, wo zytoplasmatische IFs anscheinend komplett fehlen, enthält das C. elegans Genom 11 Gene, die für zytoplasmatische IFs kodieren und ein einzelnes Gen für nukleäres Lamin. Die intestinalen IFs werden reichlich in der elastischen und elektronendichten endotube exprimiert, die Bestandteil des subapikalen terminal web ist. Diese IF-reiche Struktur vereinigt mit F-Aktin und g-Tubulin alle drei zytoplasmatischen Filament-Systeme und wird an der apikalen Kontaktstruktur verankert. Auf diese Weise umfasst und stabilisiert das terminal web das komplette Darmlumen mit seinem charakteristischen mikrovillären Bürstensaum. In der zurückliegenden Antragsperiode haben wir den neuen intestinal filament organizer IFO-1 identifiziert. Hierbei handelt es sich um ein Histidin-reiches, Polyprolincluster-enthaltendes Protein mit bisher nicht identifizierten Orthologen außerhalb der rhabditiden Nematoden. IFO-1 gewährleistet zunächst die korrekte Verankerung der IF-Proteine im terminal web. Zusammen mit dem F-Aktin Organisator ERM-1 (Ezrin-Radixin-Moesin) und dem Gerüstprotein DLG-1 (Discs large) ist IFO-1 aber auch für die epitheliale Integrität des embryonalen C. elegans Darms verantwortlich. In der kommenden Antragsperiode möchten wir nun aufklären, wie IFO-1 die Bildung von Homo- und oder Heteropolymeren von IF-Proteinen beeinflusst und welche Auswirkungen dies für ihren Transport zur subapikalen Membrandomäne im C. elegans Darm hat (AG Leube). Um den IFO-1 Wirkmechanismus besser zu verstehen, sollen die in verschiedenen Mutagenese/RNAi screens erfolgreich isolierten Regulatoren, Suppressoren und Verstärker von IFO-1 identifiziert und im Detail analysiert werden (AG Bossinger). Weiterhin sollen diese in das redundante genetisches Funktionsnetzwerk eingeordnet werden, das zur Gewebestabilität im embryonalen Darmepithel beiträgt. In der kommenden Antragperiode wollen wir außerdem überprüfen, inwieweit zwei bisher wenig beachtete Zelladhäsionssysteme in C. elegans, nämlich Nektin-Afadin und Claudin-ZOO-1, in dieses Funktionsnetzwerk integriert werden können. Um die biomechanischen Eigenschaften dieses Funktionsnetzwerks in einem Organ in vivo besser zu verstehen, haben wir die ersten mechanischen Stress- Assays für den larvalen/adulten C. elegans Darm ausgearbeitet (AG Merkel). Mit diesen Assays wollen wir messen, welchen Beitrag die verschiedenen Filament-Systeme und Zell-Zell Adhäsionskomplexe zur Aufrechterhaltung der epithelialen Integrität des C. elegans Darms leisten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen