Polyphosphate als neue Pathogen-assoziierte molekulare Muster in Makrophagen

• Antragsteller: Professor Dr. Markus Bosmann
• Fachliche Zuordnung: Pneumologie,Thoraxchirurgie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 317946296

Infektionen durch mikrobielle Krankheitserreger tragen wesentlich zur weltweiten Krankheitslast in der Bevölkerung bei. Die Entzündungsreaktion im Rahmen von Infektionen wird durch eine Vielzahl von komplexen molekularen Interaktionen zwischen den Krankheitserregern und den körpereigenen Immunzellen determiniert. Die Immundetektion von Krankheitserregern während Infektionen erfordert insbesondere die Erkennung von Pathogen-assoziierten molekularen Mustern (PAMPs) durch sogenannte Mustererkennungsrezeptoren (PRRs). Bei Entzündungen mit nicht-infektiösen Ursachen werden auf analoge Weise endogene Liganden (DAMPs) durch PRRs detektiert.In dem hier vorgelegten Projektantrag postulieren wir, dass Polyphosphate (PolyP) eine essentielle und potente Funktion als PAMPs bei Infektionen ausüben können. In geringerem Maße könnten PolyP auch DAMPs bei nicht-infektiösen Gewebeschädigungen darstellen. PolyP sind eine bislang nicht näher charakterisierte Klasse von inorganischen kettenförmigen Molekülen, welche in allen lebenden Organismen vorkommen. Langkettige PolyP (=PAMPs) werden von Bakterien akkumuliert, während kurzkettige PolyP (=DAMPs) von Thrombozyten freigesetzt werden können. Unsere vorläufigen Daten deuten darauf hin, dass PolyP (abhängig von ihrer molekularen Kettenlänge) potente Modulatoren der Funktionen von Makrophagen sowie bei entzündlichen Lungenerkrankungen sind. Wir beabsichtigen deshalb die kettenlängen-abhängigen Effekte von PolyP in ruhenden und LPS/TLR4-aktivierten Makrophagen zu charakterisieren, indem die Freisetzung von Zytokinen, reaktiven Sauerstoffradikalen, Stickstoffmonoxid sowie Phagozytose, Chemotaxis und M1/M2 Polarisierung untersucht werden. Außerdem soll die Modulation der Genexpression durch PolyP des kompletten Transkriptoms von Makrophagen mittels moderner RNA-Sequenzierungsmethoden studiert werden. Gram-negative Bakterien mit genetischer Defizienz oder Überexpression von PolyP sollen in Krankheitsmodellen der murinen Pneumonie verwendet werden, wobei u.a. gleichzeitig eine Depletion von Makrophagen (LysM-Cre iDTR Mausstamm) durchgeführt werden soll. Da aktuell unbekannt ist mittels welcher PRRs die PolyP von Makrophagen detektiert werden können, planen wir eine Afffinitätsaufreinigung von PolyP-bindenden Proteinen gefolgt von quantitativer Massenspektrometrie. Die Ergebnisse sollen anschließend durch funktionelle Untersuchungen weiterverfolgt sowie durch mikroskopische Bildgebung von PolyP-bindenden Proteinen und Studien zu PolyP-induzierten Signaltransduktionswegen ergänzt werden.Der hier vorgelegte Projektantrag soll insgesamt zu einem besseren Verständnis der Pathogen-Wirts-Interaktionen bei bakteriellen Infektionen beitragen. Diese Erkenntnisse können in Zukunft bei der Entwicklung neuer therapeutischer Interventionen für infektiöse Entzündungskrankheiten miteinfließen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Kooperationspartner: Professor Dr. Stefan Tenzer