Die Untersuchung des molekularen Mechanismus der Aktinfunktion in clathrin-induzierter Endozytose bei Saeugetieren: die Plasmamembranspannung als potentieller Regulator

• Antragstellerin: Dr. Charlotte Kaplan
• Fachliche Zuordnung: Biophysik ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 299109420

Clathrin-induzierte Endozytose ist ein essentieller Mechanismus der Plasmamembraneinstülpung durch den die Zelle Rezeptor-Liganden Komplexe und Nährstoffe aufnimmt. Dieser Prozess reguliert wichtige Signalwege und sichert damit die Kommunikation zwischen Zellen, Zelldifferenzierung und Zellhomeostase. Mutationen in endozytischen Proteinen können zu Krebs, Hypercholesterinämie und neurodegenerativen Krankheiten führen.Eine höhere mechanische Plasmamembranspannung kann ebenfalls die Endozytoseeffizienz verringern. Wechselwirkungen zwischen dem Aktinkortex und der Plasmamembran tragen zu 75% zu dieser Membranspannung bei. An der apikalen Seite von Epithelzellen wird eine höhere Membranspannung und ein langsamerer Ablauf der Endozytose beobachtet als an der basolateralen. Wenn die Polymerisation des Aktinzytoskeletts inhibiert wird, kommen viele der endozytischen Prozesse an der apikalen Seite zum Stillstand. Dies impliziert, dass Aktin Kraft gegen die höhere Membranspannung ausübt. Jedoch ist die molekulare Reaktion der Aktinmaschinerie in der Endozytose bei Säugetieren auf die ansteigende Membranspannung bisher nicht verstanden. In meiner Arbeit werde ich die Hypothese überprüfen, dass bestimmte Proteine die Plasmamembranspannung erkennen und die Aktimaschinerie in verschiedenen Prozessschritten regulieren.Dazu werden Fibroblastenzellen auf Oberflächen mit verschiedenen Durchmessern wachsen, was jeweils eine Veränderung des Zytoskeletts hervorruft und damit eine veränderte Membranspannung.Die Fibroblasten sind aus menschlich induzierten pluripotenten Stammzellen differenziert worden und garantieren die Untersuchung der Endozytose mit einer hohen Sensitivität durch einen sauberen genetischen Hintergrund.Die Reaktion der Endozytose auf bestimmte Membranspannungen werde ich durch die Lebensdauer von fluoreszierenden Markern, die mit endozytischen Proteinen durch Genomeditierung konjugiert sind, mittels Fluoreszenzmikroskopie bestimmen. Mit dem neuen CRISPR Interferenz Verfahren werde ich die Transkription der Proteine herunterregulieren, die mögliche Kandidaten sind, die die Plasmamebranspannung erkennen können. Die Organization von Aktin relativ zu der endozytischen Struktur werde ich mittels dreidimensionaler hochauflösender Mikroskopie mit zwei Farben in verschiedenen Schritten der Endozytose auflösen. Dieses Projekt gibt mir die Möglichkeit die molekulare Machinerie zu untersuchen, die die Plasmamembranspannung in der Endozytose bei Säugetieren erkennt und die Funktion von Aktin reguliert sowie dessen Rolle bei der Ausübung von Kräften. Meine Resultate liefern einen Beitrag zum fundamentalen Verständnis von der Übersetzung mechanischer Signale in biochemische Reaktionen und deren Einfluss auf zelluläre Prozesse. Als unabhängige Forscherin will ich untersuchen wie Signalwege, die an der Zelldifferenzierung und Vermehrung beteiligt sind, durch mechanische Signale in einer dreidimensionalen zellulären Mikroumgebung reguliert werden.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Dr. David Drubin