Molekulare Analyse der Funktion von ATP1A1 in der unkonventionellen Sekretion von Fibroblast Growth Factor 2

• Antragsteller: Professor Dr. Walter Nickel
• Fachliche Zuordnung: Biochemie ; Biophysik ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 290053622

Säugetierzellen verfügen über verschiedene Mechanismen zur Freisetzung von Proteinen in den extrazellulären Raum. Die Mehrzahl sekretorischer Proteine verfügt über Signalpeptide, die eine Translokation in das endoplasmatische Retikulum vermitteln. Von dort werden sekretorische Proteine mit Hilfe vesikulärer Transportintermediate über den Golgi Apparat zur Zelloberfläche transportiert wo sie in den extrazellulären Raum freigesetzt werden. Neben diesem klassischen Weg der Proteinsekretion besitzen Säugetierzellen alternative Mechanismen zur Ausschüttung von Proteinen die als unkonventionelle Proteinsekretion bezeichnet werden. Ein klassisches Beispiel für diesen Prozess ist Fibroblast Growth Factor 2 (FGF2), ein von Tumorzellen sezernierter Wachstumsfaktor mit einer zentralen Rolle in der Tumor-induzierten Angiogenese. FGF2 ist darüber hinaus ein kritischer Überlebensfaktor für Tumorzellen dessen Freisetzung eine Resistenz gegenüber chemotherapeutischen Medikamenten auslösen kann. Aufgrund dieser Funktionen ist ein detailliertes Verständnis des unkonventionellen Sekretionsweges von FGF2 von besonderer biomedizinischer Bedeutung. Unsere bisherigen Arbeiten haben gezeigt, dass FGF2 durch direkte Translokation über die Plasmamembran in den extrazellulären Raum transportiert wird. Dieser Prozess wird durch die Rekrutierung von FGF2 an der Innenseite der Plasmamembran durch das Phosphoinositid PI(4,5)P2 initiiert. Diese Interaktion löst eine Oligomerisierung von FGF2 aus, die zur Membraninsertion und der Bildung einer Membranpore führt. Dieser Prozess wird durch Tec reguliert, eine Kinase an der Innenseite der Plasmamembran, die FGF2 phosphoryliert. Membran-inserierte FGF2 Oligomere bilden Poren, durch die nach gegenwärtiger Vorstellung FGF2 Monomere den extrazellulären Raum erreichen könnten. Hierbei agieren Heparansulfat-Proteoglykane auf der Zelloberfläche als Interaktionspartner, die für einen gerichteten Transport von FGF2 in den extrazellulären Raum essentiell sind. In einer kürzlich publizierten Studie haben wir eine neue Komponente der FGF2 Sekretionsmaschinerie entdeckt und validiert, das integrale Membranprotein ATP1A1. Hierbei handelt es sich um ein mit der Plasmamembran assoziiertes Protein, dessen zytoplasmatische Domäne mit FGF2 direkt interagiert. Diese Interaktion ist direkt relevant für die Sekretion von FGF2 durch Tumorzellen. Das hier beschriebene Projekt zielt unter Anwendung von biochemischen, strukturbiologischen und zell-basierten Experimenten auf die Aufklärung der Funktion von ATP1A1 als eine neue molekulare Komponente der FGF2 Sekretionsmaschinerie in Tumorzellen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen