Die molekulare Grundlage für die Rolle des Proteins IFT172 in der Ciliogenese und in Ciliopathien

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Dr. Esben Lorentzen; Dr. Naoko Mizuno
• Fachliche Zuordnung: Biochemie ; Strukturbiologie ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 258711904

Das Cilium ist eine eukaryotische Organelle für zelluläre Fortbewegung und Signaltransduktion, und ist auf Säugerzellen und auf einzelligen Organismen wie dem Parasiten Trypanosoma brucei zu finden. Für den Aufbau und die Funktion von Cilien ist ein Prozess namens 'Intraflagellärer Transport' (IFT) nötig, um die ciliären Bausteine als auch die Signaltransduktions-Komponenten entlang der Organelle zu transportieren. Zentrale Rollen im IFT spielen der IFT-Komplex, ein Proteinkomplex aus mindestens 20 Proteinbausteinen, sowie die molekularen Motoren Kinesin-II (für 'anterograden' Transport) und Dynein-2 (für retrograden Transport). Der Mechanismus mit dem sich die ciliären Bausteine vom Ort ihrer Synthese im Cytoplasma zu ihrem Bestimmungsort an der ciliären Basis bewegen ist nur wenig erforscht. Weiters sind die Mechanismen für die Umschaltung zwischen anterogradem und retrogradem Transport an der ciliären Spitze kaum charakterisiert, obwohl das IFT172 Protein damit in Verbindung gebracht wurde. Mutationen in IFT-Protein codierenden Genen sind die Grundlage für zahlreiche Krankheiten die als 'Ciliopathien' zusammengefasst werden, und vor kurzem wurden IFT172-Mutationen in Patienten mit Jeune Syndrom und Mainzer-Saldino Syndrom entdeckt. Das IFT172 Protein ist die größte Untereinheit des IFT Komplexes und ist essentiell für die Ciliogenese, aber bedingt durch seine Größe war es bisher nicht möglich das rekombinante Proteins zu studieren. In dem von uns vorgeschlagenen Projekt wollen wir auf IFT172 basierende Aspekte der Ciliogenese untersuchen, und verstehen wie Mutationen in IFT172 zu Ciliopathien führen. Dafür werden wir eine Reihe von Methoden aus der Biochemie, Strukturbiologie und Zellbiologie verwenden, um die Funktion von IFT172 in den Teilbereichen der Ciliogenese herauszufinden. Ermutigende Ergebnisse aus unseren Laboratorien zeigen dass IFT172 in rekombinanter Form aufgereinigt werden kann. Nach der Aufreinigung stellte sich heraus dass das Protein mit Lipiden große oligomere Strukturen bildet, die wir mit Hilfe von Elektronenmikroskopie visualisiert haben. Außerdem haben wir monoklonale Antikörper gegen IFT172 produziert um die zelluläre Lokalisation des Proteins zu studieren, und wir haben induzierbare RNAi Experimente im Einzeller Trypanosoma brucei etabliert. Wir haben also einen sehr guten Ausgangspunkt um die Rolle von IFT172 in den einzelnen Schritten der Ciliogenese zu untersuchen, zum Beispiel dem Transport von Vesikeln zwischen Golgi-Apparat und dem Cilium oder der Umkehr des IFT an der ciliären Spitze. Außerdem haben wir, zusätzlich zu den vor kurzem publizierten Patienten-Mutationen, über einen unserer Kollaborateure Zugang zu unpublizierten Patienten-Daten, und werden den Effekt von Mutationen auf das rekombinante Protein in vitro und auf die Ciliogenese in vivo in T. brucei untersuchen. The Resultate dieser Experimente werden unser Verständnis über die Ciliogenese und der molekularen Grundlagen von Ciliopathien vorantreiben.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Beteiligte Person: Professor Dr. Philippe Bastin