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Die Bedeutung der lipid raft Mikrodomänen in der PDZ Adaptorprotein-vermittelten Regulati-on der Na+/H+ Austauscher Isoform NHE3

Fachliche Zuordnung Gastroenterologie
Anatomie und Physiologie
Förderung Förderung von 2016 bis 2024
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 317040730
 
Erstellungsjahr 2024

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Ausgangspunkt des vorliegenden Projekts war unser langjähriges Interesse an der Regulation der Ionentransporter, die in der apikalen Membran der Enterozyten für den Transport von Na+, Cl- und HCO3- verantwortlich sind. Die „second messenger“ Signalwege, die in Enterozyten eine Stimulation oder Hemmung dieser apikalen Transporter führen, regulieren in der Zelle eine Plethora von Vorgängen, sowohl im Zellkern, im Zytosol, auf Organellen, und an der basolateralen Membran. In den letzten 2 Jahrzehnten erkannten Forscher, daß die Zelle Mechanismen hat, wie sie ein Signal, das an der apikalen oder der basolateralen Membran durch Rezeptoraktivierung entsteht, auf einen bestimmten Bereich der Zelle beschränken kann (Kompartimentierung). Dazu gehören z.B. membranständige Adenylat- oder Guanylatzyklasen, die sich in räumlicher Nähe mit aktivierenden oder inhibierenden G-protein-gekoppelten Rzeptoren befinden oder selbst Rezeptorfunktion ausüben können (wie die Guanylatzyklase C, Gucy2c) sowie die in räumlicher Nähe stationierten Phosphodiesterasen. Dazu gehören die Anker- und Adaptorproteine, die die durch cAMP, cGMP oder andere second messenger aktivierten Proteinkinasen in räumliche Nähe zu den membranständigen Effektormolekülen (z.B. die apikalen Ionentransporter) bringen. Und dazu gehören auch die „Lipid Raft“ Plattformen, die durch Ihre besondere Lipidzusammensetzung die Partitionierung von Membranproteinen in die „lipid rafts“ und ein „Clustering“ mehrerer Membranproteine ermöglicht, die dann miteinander strukturell und/oder funktionell interagieren. Ebenso bieten sie Zielstrukturen für zytoplasmatische Proteine, die einer „lipid modification“ unterlaufen, wie z.B. Palmitoylierung, Myristoylierung, Acylation, etc.). Meine Arbeitsgruppe untersucht seit 2 Jahrzehnten die Funktion einer Familie von PDZ-Adaptorproteinen, die die NHERF Familie genannt wird, weil alle 5 Mitglieder an die Na/H Austauscher Isoform NHE3 binden. In heterologen Expressionssystemen war eine Koexpression von NHERF1 oder NHERF2 (NHERF3-5 wurden nicht untersucht) mit NHE3 und z.T. mit dem Ankerprotein Ezrin notwendig gewesen, damit die Proteinkinase A den NHE3 phosphorylieren und damit hemmen konnte. In Vorarbeiten hatten wir festgestellt, daß im nativen Darm von Mäusen jedoch weder die Abwesenheit von NHERF1 noch von NHERF2 für die NHE3 Hemmung durch cAMP notwendig war, sondern daß eine Deletion von NHERF3 die cAMP-mediierte Hemmung von NHE3 aufhob. Dagegen war für die Hemmung von NHE3 durch Aktivierung der Gucy2c das Adaptorprotein NHERF2 essentiell. Wir hatten uns dann gefragt, ob eine Assotiation mit den Lipid Plattformen, den „lipid rafts“, die in der Bürstensaummembran des Dünndarms besonders ausgeprägt sind, eine differentielle Verteilung von NHE3 und seinen Regulatorproteinen erklären könnten. Wir führten sowohl in vitro als auch in vivo Versuche an gentechnisch veränderten Mäusen, an gentechnisch veränderten menschlichen Zellinien und an menschlichen Organoiden durch. Basierend auf unseren Untersuchungen erklären wir uns die besondere Bedeutung des PDZ- Adaptorproteins NHERF2 für die Gucy2c-abhängige Hemmung des NHE3 in seiner Eigenschaft, NHE3 in der „lipid raft“ Fraktion der Bürstensaummembran zu stabilisieren. So kommt eine räumliche Nähe mit der cGKII zustande, die nach Lipidmodifikation (Myristoylierung) selektiv in die „lipid raft“ transloziert. NHE3 kann dort durch die cGKII phosphoryliert werden und wird an die Basis der Mikrovilli und in den endosomalen Abbau/recycling Weg relokalisiert. Diese Daten erklären, warum das NHERF2 trotz viel geringerer Expression im Vergleich zu den ebenfalls NHE3 bindenden, aber nicht „lipid raft“ assoziierten NHERFs eine besondere Rolle bei der Gucy2c-mediierten NHE3 Hemmung spielt. Die besondere Bedeutung von NHERF3 für die cAMP-mediierte Hemmung von NHE3 liegt u.a. an der Verankerung von Bindeproteinen für die Proteinkinase A in räumlicher Nähe zu NHE3.

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