Kontrolle des Zellwachstums durch globale und lokale cGMP-Signale

• Antragsteller: Professor Dr. Robert Feil
• Fachliche Zuordnung: Anatomie und Physiologie
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 234406232

Das Signalmolekül cGMP reguliert viele Zellfunktionen, vom Zellwachstum über die Kontraktilität bis hin zum Ionentransport. Man nimmt an, dass NO-stimulierte Guanylylcyclasen eher globale cGMP-Signale im Cytoplasma der Zelle erzeugen, während Transmembran-Guanylylcyclasen, z.B. die Rezeptoren für ANP oder CNP, am Aufbau lokaler membranassoziierter cGMP-Mikrodomänen beteiligt sind. Die räumlich-zeitliche Dynamik der globalen und lokalen cGMP-Signale könnte maßgeblich bestimmen, wie eine Zelle auf einen bestimmten cGMP-erhöhenden Reiz reagiert. Im vorliegenden Projekt wollen wir diese Hypothese mittels korrelativer Echtzeit-Analyse von cGMP-Signalen und Zellverhalten überprüfen. Der Fokus unserer Studien liegt auf der Interaktion von cGMP und Umbauprozessen in Gefäßmuskelzellen (vascular smooth muscle cells, VSMCs) und Neuronen der Hinterwurzelganglien (dorsal root ganglion, DRG). In der zurückliegenden Förderperiode haben wir transgene Mäuse generiert, die einen auf FRET (fluorescence resonance energy transfer) basierenden cGMP-Sensor entweder global in allen Geweben oder selektiv nur in ausgewählten Zelltypen exprimieren. Wir konnten zeigen, dass man mittels FRET-Mikroskopie cGMP-Signale in lebenden Zellen oder Geweben dieser cGMP-Sensormäuse in Echtzeit visualisieren kann. Hierbei stellten wir fest, dass primär kultivierte VSMC-Populationen eine ausgeprägte Heterogenität bezüglich der durch ANP bzw. CNP ausgelösten cGMP-Signale aufweisen, wobei die ANP- bzw. CNP-Präferenz einer individuellen Zelle mit ihrem Differenzierungsgrad korrelierte. Weiterhin haben wir das cGMP-Imaging auch in primären DRG-Neuronen etabliert. In diesen Neuronen konnten wir lokale cGMP-Signale in subzellulären Kompartimenten wie Axonen oder Wachstumskegeln auslösen und mit Ca(2+)-Signalen korrelieren. Aufbauend auf diesen Ergebnissen werden wir nun die genauen Mechanismen untersuchen, über die cGMP-Signale in VSMCs und DRG-Neuronen geformt werden (z.B. die Rolle von cGMP-abbauenden Phosphodiesterasen), und welche funktionelle Relevanz diese Signale im Rahmen von Umbauprozessen der Gefäße (z.B. bei Atherosklerose und Restenose) sowie für die korrekte Wegfindung von Axonen während der Embryonalentwicklung haben. Wir werden uns mittels in vitro und in vivo Experimenten mit Mäusen auf folgende zwei Fragestellungen konzentrieren: (1) Wie beeinflussen cGMP-Signale das Wachstum und Überleben von VSMCs und DRG-Neuronen und (2) wie beeinflussen Zellwachstum und Differenzierungsgrad das cGMP-Signalsystem in diesen Zelltypen? Um diese Fragen zu beantworten, werden wir eng mit anderen Mitgliedern der Forschergruppe zusammenarbeiten und Expertise sowie Maus- und Zellmodelle austauschen. Die Möglichkeit, cGMP während der Signalweiterleitung in einer lebenden Säugerzelle in Zellkultur oder sogar im intakten Organismus zu visualisieren ist sowohl für die Grundlagenforschung über cyclische Nucleotide als auch für die Arzneimittelentwicklung von großem Interesse.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 2060: Bedeutung des Signalträgers cGMP für die Regulation von Zellwachstum und Zellvitalität
• Mitverantwortlich(e): Dr. Susanne Feil