Zellkortex-Regulation durch CA(2+)-bindende Proteine der S100 Familie

• Antragsteller: Professor Dr. Volker Gerke
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 239638375

Dynamische Veränderungen im membranunterliegenden Zellkortex werden häufig durch einen tran-sienten Anstieg in der intrazellulären Ca2+ Konzentration initiiert, der seinerseits über verschiedene Ca2+ Effektorproteine in zelluläre Antworten übertragen wird. Die S100 Proteine repräsentieren die umfangreichste Familie der Ca2+ Effektorproteine, die im Zellkortex angetroffen werden. Wir haben einen Affinitätsansatz entwickelt, um physiologisch relevante Zielproteine anzureichern, die durch Ca2+-gebundene S100 Proteine reguliert werden. So konnten wir zwei Zellkortexregulatoren identifi-zieren, die mit dem Ca2+/S100P Protein interagieren und hierdurch in ihrer Aktivität moduliert werden. Es sind dies das Membran- und F-Aktin-bindende Protein Ezrin sowie das Gerüstprotein IQGAP1.Ezrin liegt in ruhenden Zellen in einer autoinhibierten Form vor, in der die Bindungsstellen für Memb-ranproteine und F-Aktin maskiert sind, und wir konnten zeigen, dass Ca2+/S100P Bindung diese Au-toinhibition aufhebt und zumindest in vitro die F-Aktin-Bindungsstelle freilegt. Hierdurch kann die Membran/F-Aktin-verknüpfende Aktivität des Ezrin induziert werden, die relevant für die Etablierung von Membranausstülpungen sowie die Zellmigration ist. IQGAP1 kann durch direkte Interaktionen verschiedene Signalmoleküle in den membranunterliegenden Zellkortex rekrutieren und durch Aktivie-rung von Cdc42 und Rac1 dynamische Veränderungen im Aktinzytoskelett einleiten. Wir konnten nachweisen, dass Ca2+/S100P Bindung diese Aktivität des IQGAP1 modulieren kann, insbesondere die Wachstumsfaktor-induzierte Aktivierung des MAPK Signalweges dämpft. In der Summe zeigen diese Arbeiten, dass Ca2+ Signale, hier vermittelt über das S100P Protein, wichtige Regulatoren im Zellkortex ansteuern und dass möglicherweise über diesen Weg eine Verknüpfung von Ezrin und IQGAP1 Aktivitäten in unterschiedlichen Signalwegen erfolgen kann. Dieser Hypothese soll im Projekt nachgegangen werden. Insbesondere sollen die molekularen Mechanismen, die Ca2+-induzierte Ver-änderungen im Zellkortex vermitteln, aufgeklärt werden. Hierbei liegt ein Hauptaugenmerk auf den S100 Proteinen und ihren zellulären Zielproteinen. Aufbauend auf unseren bisherigen Arbeiten sollen folgende Fragen beantwortet werden:1. Kann die Komplexbildung zwischen Ca2+-gebundenem S100P und Ezrin bzw. IQGAP1 in lebenden Zellen beobachtet werden und ist sie für eine kortikale Translokation der Zielproteine verantwortlich?2. Welche Bedeutung haben die Ca2+-regulierten S100P/Ezrin bzw. S100P/IQGAP1 Komplexe bei der Zellmigration sowohl auf zweidimensionalen Oberflächen als auch im Gewebe?3. Bilden verwandte S100 Proteine analoge Komplexe mit Zellkortexregulatoren und welche Funktion haben diese Komplexe bei der Zellmigration?Zur Beantwortung dieser Fragen wollen wir die Dynamik und Funktion der Ca2+-regulierten S100/Zielprotein-Komplexe bei der Migration von kultivierten Epithelzellen und von Keimzellen im Zebrafischembryo untersuchen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen