Zelluläre Regulation, Wirkmechanismen und Funktionen neu identifizierter Polysialinsäure-modifizierter Proteine in Mikroglia

• Antragsteller: Professor Dr. Herbert Hildebrandt
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Modelle zum Verständnis von Erkrankungen des Nervensystems ; Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen
• Förderung: Förderung seit 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 324633948

Polysialinsäure (PolySia) ist eine Glykanmodifikation weniger Proteine. Der bekannteste PolySia-Träger ist das neurale Zelladhäsionsmolekül NCAM. Vor Projektbeginn konnten wir PolySia in Mikroglia und Makrophagen auf zwei anderen Proteinen nachweisen, Neuropilin-2 und E-Selectin-Ligand-1. In kultivierter Mikroglia reichert sich dieser Pool an proteingebundener PolySia im Golgi-Kompartiment an und wird im Zuge einer entzündlichen Aktivierung freigesetzt. In der ersten Förderperiode konnten wir zeigen, dass diese Freisetzung Calcium-abhängig reguliert wird, mindestens 24 Stunden lang anhält und über den Immunrezeptor Siglec-E eine Rückkopplungshemmung LPS-induzierter muriner Mikroglia in vitro bewirkt. Zudem konnten wir PolySia-Akkumulation in aktivierter Mikroglia um eine kortikale Läsion in vivo belegen. Der Nachweis, dass Siglec-E abhängige Auswirkungen mikroglialer PolySia auf Neuroinflammation im Mausmodell untersucht werden können ist von Bedeutung, da bisher angenommen wurde, dass der inhibitorische PolySia-Rezeptor Siglec-11 im Menschen kein funktionelles Pendant in Mäusen aufweist. Weitere Arbeiten in der ersten Förderperiode ergaben einen Einfluss des human-spezifischen Siglec-16 auf die Überlebenszeit von Glioblastom-Patienten. Siglec-16 hat dieselbe PolySia-Bindungsdomäne wie Siglec-11, ist jedoch an aktivierende Signalwege gekoppelt. Nur 40% der Bevölkerung sind in der Lage funktionelles Siglec-16 zu exprimieren. Unsere Daten deuten darauf hin, dass Interaktionen von PolySia mit Siglec-16 auf tumorassoziierten Mikoglia und Makrophagen zu längerem Überleben führen, indem sie ein proinflammatorisches Immunmilieu fördern. Zentrale Fragen, die sich aus den bisherigen Daten zur mikroglialen PolySia-Produktion im Mausmodell ergeben, werden im Mittelpunkt dieses Fortsetzungsantrags stehen. Der zeitliche Verlauf der PolySia-Freisetzung durch aktivierte Mikroglia soll in Schnittkulturen in situ und nach kortikaler Läsion in vivo untersucht werden. Mögliche Auswirkungen auf microgliale Seneszenz, Entzündungsmarker, neuronale Schäden und komplementabhängige Phagozytose von Synapsen durch Mikroglia sollen in Mausmodellen ohne mikrogliale PolySia untersucht und mit Effekten experimentell applizierter PolySia auf Siglec-E-positive oder –negative Schnittkulturen verglichen werden. Zudem sollen PolySia-Fraktionen mit definierten Polymerlängen eingesetzt werden, welche entweder über Siglec-E, oder lediglich Siglec-E unabhängig wirken können. In der ersten Förderperiode wurden entsprechende Polymerlängen identifiziert und ihre Produktion wurde etabliert. Ziel des Projekts ist es aufzuzeigen, ob und wie sich die Ausschüttung polysialylierter Proteine durch Mikroglia auf alters- und verletzungsbedingte Neuroinflammation, neuronale Schädigung und komplementabhängige Eliminierung von Synapsen auswirkt. Zusammen mit einer Modulation pathologischer Mikroglia durch definierte PolySia-Fraktionen eröffnet dies Möglichkeiten für neue therapeutische Ansätze.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen