Bestimmung der molekularen Mechanismen extrazellulärer Vesikelbildung

• Antragsteller: Professor Dr. José Pedro Friedmann Angeli, seit 3/2020
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie ; Entwicklungsbiologie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 378148210

Zellen setzen extrazelluläre Vesikel frei, die wichtige Signalfunktionen während der Entwicklung von Organismen sowie in zahlreichen Krankheitsprozessen haben. Viele extrazelluläre Vesikel entstehen durch Abschnürung von der Plasmamembran, aber die zugrundeliegenden molekularen Mechanismen sind noch unbekannt. In meinen vorangegangen Studien habe ich ein einzigartiges genetisches Modellsystem etabliert, welches die Entschlüsselung dieser Mechanismen zulässt. Ich entdeckte, dass der Verlust der konservierten Lipid Flippase TAT-5 zu einer erhöhten Bildung extrazellulärer Vesikel in C. elegans Embryonen führt. Ich fand zudem heraus, dass bekannte Regulatoren für die Virenknospung auch für die Bildung extrazellulärer Vesikel verantwortlich sind. Damit konnten wir beweisen, dass konservierte Proteine die Ausschüttung extrazellulärer Vesikel regulieren. Mein experimentelles System stellt damit das erste Tiermodell dar, welches die Untersuchung extrazellulärer Vesikelbildung in vivo ermöglicht. Ziel des vorliegenden Antrags ist es herauszufinden, wie Proteine die Bildung extrazellulärer Vesikel regulieren. Diese Untersuchungen sind ein wichtiger erster Schritt, um die Funktion extrazellulärer Vesikel bei der Signaltransduktion in vivo aufzuklären. Ziel 1 umfasst die Identifizierung neuer Proteine, welche die extrazelluläre Vesikelbildung regulieren sowie die Einordnung dieser Proteine in TAT-5-abhängige Signalwege. Durch diese Studien werden wir auch grundlegende neue Erkenntnisse zur Regulation von Membrandynamik gewinnen. Ziel 2 besteht darin, herauszufinden wie die Proteine PAD-1 und MON-2 die Aktivität von TAT-5 und damit extrazelluläre Vesikelbildung regulieren. In Ziel 3 untersuchen wir ob der Retromer-Komplex die Lokalisation von TAT-5 reguliert oder ob TAT-5 Retromer Recycling regulieren kann. Damit könnten wir eine völlig neue TAT-5 Funktion in der Zelle nachweisen. Zusammenfassend werden die vorgeschlagenen Studien zeigen, wie die dynamische Bildung extrazellulärer Vesikeln in dem genetischen Modellorganismus C. elegans reguliert wird. Diese Arbeiten werden die Grundlagen für zukünftige Experimente schaffen, mit denen wir die in vivo Funktion extrazellulärer Vesikel entschlüsseln werden. Unsere Ergebnisse werden außerdem ein wichtiger Ausgangspunkt für die Untersuchung extrazellulärer Vesikelbildung in Säugetierzellen sein, welche für unser Verständnis entwicklungsbiologischer Vorgänge und der Krankheitsentstehung von zentraler Bedeutung ist. Da Viren und extrazelluläre Vesikel die gleichen Mechanismen zum Abschnüren von der Plasma Membrane benutzen, haben unsere Studien zudem das Potential neue antivirale Wirkstoffe zu identifizieren. Abschließend könnte unsere Arbeit Auswirkungen auf viele Bereiche von Membranbiophysik über Entwicklungsbiologie bis hin zu Krankheitsmodellen haben.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemalige Antragstellerin: Dr. Ann Wehman, bis 2/2020