Zelltyp-spezifische Funktionen von lysosomalem Chlorid/Protonen-Austausch

• Antragsteller: Professor Dr. Thomas J. Jentsch; Professor Dr. Tobias Stauber
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie
• Förderung: Förderung seit 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 323732846

ClC-7 ist ein Cl-/H+-Austauscher auf Lysosomen und am Bürstensaum von Osteoklasten. Eine Funktionsstörung von ClC-7 führt bei Mäusen und Patienten zu Osteopetrose und einer neurodegenerativen lysosomalen Speicherkrankheit. Die Osteopetrose kann teilweise durch die Unterentwicklung des Bürstensaums in Osteoklasten verursacht werden, der normalerweise durch lysosomale Exozytose gebildet wird. ClC-7-defiziente Fibroblasten und Mastzellen weisen tatsächlich eine geringere lysosomale Exozytose bzw. Degranulation auf. Die lysosomale Dysfunktion mit einem verlangsamten Proteinabbau und Akkumulation von autophagischem Material ist wahrscheinlich auf Veränderungen der lysosomalen Ionenzusammensetzung zurückzuführen. In Zellen von unseren verschiedenen Clcn7-Mausmodellen mit unterschiedlichen Mutationen im Clcn7-Gen wiesen die Lysosomen den normalen sauren pH auf. Wir fanden jedoch eine drastisch verringerte lysosomale Cl--Konzentration und weitere Veränderungen der lysosomalen Ionenhomöostase beim Fehlen von ClC-7 oder bei dessen Umwandlung in einen reinen Cl--Kanal. Ein neues Mausmodell, das eine humane Osteopetrose verursachende Mutation trägt, die das Gating von ClC-7 beschleunigt, zeigte überraschenderweise keine Anzeichen einer lysosomalen Dysfunktion oder Neurodegeneration. Im Gegensatz dazu wurden kürzlich Patienten und ein anderes Mausmodell mit einer Gain-of-function ClC-7-Mutation berichtet, die eine schwere lysosomale Erkrankung, aber keine Knochenpathologie aufweisen. Diese unterschiedlichen Effekte legen eine zelltyp-spezifische Rolle für ClC-7 nahe. Dieses Projekt befasst sich mit diesen spezifischen Funktionen von ClC-7 und seiner Rolle in der lysosomalen Ionenhomöostase im Allgemeinen. Ein Teilprojekt konzentriert sich auf die unterschiedlichen Rollen von ClC-7 bei der Knochenresorption und in der allgemeinen lysosomalen Funktion. Wir werden die Auswirkungen von ClC-7-Defizienz und von der beschleunigenden Mutation auf die lysosomale Morphologie, Funktion und Ionenzusammensetzung in verschiedenen Zelltypen, einschließlich Neuronen und Osteoklasten, von unseren Mausmodellen untersuchen und vergleichen. Ein weiteres Aufgabenfeld konzentriert sich auf ClC-7 im Immunsystem. Unter Verwendung von zelltypspezifischen ClC-7-Knockout-Mäusen werden wir die Rolle von ClC-7 bei der Exozytose von Lysosomen-ähnlichen Organellen, Phagozytose und Makropinozytose in spezialisierten Immunzellen auf zellulärer und organismaler Ebene untersuchen. Schließlich planen wir, mechanistische Einblicke in die ClC-7-Aktivität und die Veränderungen der lysosomalen Ionenkonzentrationen durch ClC-7-Dysfunktion zu erlangen. Wir wollen einen optischen Sensor entwickeln, um die Aktivität von ClC-7 auf Lysosomen zu beobachten. Darüber hinaus werden wir weitere Ionenspezies messen und den Grund für die Veränderungen ihrer Konzentrationen bei den verschiedenen krankheitsverursachenden Mutationen von ClC-7 untersuchen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 2625: Mechanismen der Lysosomalen Homöostase