Alterationen von Occludin bei oxidativem Stress und Aufklärung der Funktion von Claudin-12
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Vorhaben musste auf Alterationen des Zellkontaktproteins der Tight junctions (TJs) Occludin bei Veränderungen des Redoxzustandes konzentriert werden. Der zweite Teil ‚Claudin-12’ wurde nur angearbeitet, da lediglich 50% des Personals bewilligt wurden. Die Occludin-Arbeiten liefen planmäßig und erfolgreich. Das Konzept der Redoxabhängigkeit von Gewebebarrieren, TJs und TJ-Proteinen sowie insbesondere von Occludin (im bizellulären Zellkontakt) und Tricellulin (im trizellulären Zellkontakt) wurde in Reviews begründet und experimentell bestätigt. Es wurden neue methodische Beiträge zur Untersuchung von TJ-Proteinen geleistet. Die Daten führten zu Oligomerisierungs- und partiellen Strukturmodellen von Occludin, Tricellulin und Claudinen, deren Bindungsstellen und -mechanismen. Die Modellvorstellungen ließen sich auf analoge konservierte Regionen weiterer TJ-Proteine übertragen. Da wir zeigen konnten, dass Occludin und Claudine miteinander interagieren und Ähnlichkeiten zwischen Occludin-ECL2 und ECL1 von Claudinen gefunden wurden, führten wir vergleichende strukturelle und funktionelle Untersuchungen durch. Die Ergebnisse ermöglichen erstmals eine systematische Übersicht wie Occludin und mit welchen TJ-Proteinen interagiert. Damit wurden neue Einsichten in die TJ-Konstitution gewonnen. Außerdem wurde gezeigt, wie und dass Occludin Claudin-Funktionen reguliert und umgekehrt. Die gefundenen homo- and heterophilen Occludin-Assoziationen mit Claudinen und ZO-Proteinen ermöglichen neue Einblicke in hypoxierelevante Störungen auf molekularer Ebene. Die Untersuchungen unterstützen unser Konzept, dass Occludin im Wechselspiel mit Tricellulin als Redoxsensor und Regulator der TJ-Struktur und -Funktion agiert. Damit besitzt Occludin eine wichtige pathogenetische Relevanz für Schäden von Gewebebarrieren die mit Veränderungen des Redoxzustandes einhergehen. Besonders hypoxiesensitiv ist ein 2- Cys-Motiv im Extrazellulärloop 2 von Occludin und Tricellulin. Diesem ECL kommt damit eine zentrale Funktion bei der TJ-Oligomerisierung zu. Außerdem ist der ECL ein potentielles neues Target für pharmakologische Interventionen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2011) Occludin protein family: oxidative stress and reducing conditions. Antioxid. Redox Signal. 15: 1195-1219
Blasig, Ingolf E.; Bellmann, Christian; Cording, Jimmi; Vecchio, Giovanna del; Zwanziger, Denise; Huber, Otmar & Haseloff, Reiner F.
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(2012) The hinge region of the scaffolding protein of cell contacts, zonula occludens protein 1, regulates interacting with various signaling proteins. J. Cell Biochem. 113: 934-945
Bal, Manjot Singh; Castro, Victor; Piontek, Jörg; Rueckert, Christine; Walter, Juliane K.; Shymanets, Aliaksei; Kurig, Barbara; Haase, Hannelore; Nürnberg, Bernd & Blasig, Ingolf E.
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(2013) In tight junctions, claudins regulate the interactions between occludin, tricellulin and marvelD3, which, inversely, modulate claudin oligomerization. J. Cell Sci. 162: 554-564
Cording, Jimmi; Berg, Johanna; Käding, Nadja; Bellmann, Christian; Tscheik, Christian; Westphal, Julie K.; Milatz, Susanne; Günzel, Dorothee; Wolburg, Hartwig; Piontek, Jörg; Huber, Otmar & Blasig, Ingolf Ernst
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(2014) Highly conserved cysteines are involved in the oligomerisation of occludin – redox dependency of the second extracellular loop. Antioxid. Redox. Signal. 20: 855-867
Bellmann, Christian; Schreivogel, Sophie; Günther, Ramona; Dabrowski, Sebastian; Schümann, Michael; Wolburg, Hartwig & Blasig, Ingolf E.
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(2015) Mode of action of claudin peptidomimetics in the transient opening of cellular tight junction barriers. Biomaterials 54: 9-20
Staat, Christian; Coisne, Caroline; Dabrowski, Sebastian; Stamatovic, Svetlana M.; Andjelkovic, Anuska V.; Wolburg, Hartwig; Engelhardt, Britta & Blasig, Ingolf E.
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(2015) Redox regulation of cell contacts by tricellulin and occludin: redox-sensitive cysteine sites in tricellulin regulate both tri- and bicellular junctions in tissue barriers as shown in hypoxia and ischemia. Antioxid. Redox Signal.
Cording, Jimmi; Günther, Ramona; Vigolo, Emilia; Tscheik, Christian; Winkler, Lars; Schlattner, Isabella; Lorenz, Dorothea; Haseloff, Reiner F.; Schmidt-Ott, Kai M.; Wolburg, Hartwig & Blasig, Ingolf E.
