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Synthesis and Cellular Delivery of myo-Inositol Pyrophosphate Prometabolites; the InsP8 Challenge

Subject Area Biological and Biomimetic Chemistry
Term from 2017 to 2021
Project identifier Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 391485977
 
Final Report Year 2022

Final Report Abstract

Inositolphosphate und Inositolpyrophosphate sind eine ausgesprochen spannende Substanzklasse, die viel zu wenig wissenschaftliche Beachtung findet. Gründe hierfür sind die sehr schwierige Synthese und Analytik dieser hochgeladenen Verbindungen. Jedoch ist gerade im Bereich der Biologie in den letzten Jahren Faszinierendes entdeckt worden, so zum Beispiel der Einfluss von Inositolpyrophosphaten auf die Regulation der Insulinsekretion. Auch sind Knockout Mäuse, die einen Defekt im Inositolpyrophosphat-Metabolismus haben, mit einem interessanten Phänotyp gesegnet: Egal, wie viel Nahrung sie zu sich nehmen, sie werden nicht fettleibig. Die molekularen Mechanismen dieser Vorgänge sind im Wesentlichen unklar. Hier könnten Proben und neue Ansätze im Feld der Inositolpyrophosphate maßgeblich zu einer Verbesserung unserer Einsichten beitragen. Ziel dieses Projekts war die stereoselektive Synthese von Inositolpyrophosphat-Proben, welche zudem zellgängig und photoaktivierbar sein sollten, um deren Funktionen in lebenden Zellen auf der Zeitskala von Sekunden zu Minuten untersuchen zu können. Diese anspruchsvollen Synthesen gelangen und lieferten photoaktivierbare Prometaboliten, die tatsächlich von Zellen aufgenommen wurden. Die Modifikationen, um Membrangängigkeit zu ermöglichen, wurden in der Zelle effizient enzymatisch abgespalten, wohingegen die photoaktivierbare Gruppe unbehelligt blieb. Diese konnte dann durch einen Lichtblitz in der Zelle entfernt werden und somit zeitaufgelöst die Funktion des entsprechenden Inositolpyrophosphates studiert werden. Dadurch wurde es nun auch möglich, verschiedene Inositolpyrophosphate bzgl. ihrer biologischen Aktivität in Zellen zu vergleichen. Zunächst untersuchten wir den Einfluss verschiedener Inostiolpyrophosphate auf die Aktvierung der angeborenen Immunantwort, da es hierzu interessante in vitro Studien gegeben hatte. Wir fanden allerdings keinerlei Aktivierung. Danach studierten wir den Einfluss von Inositolpyrophosphaten auf zelluläre Kalziumoszillationen und konnten tatsächlich zeigen, dass die Freisetzung eines Isomeres (1,5-InsP8) zu einem sofortigen Stopp der Oszillationen führt. Im Anschluss untersuchten wir die Ca2+ und Inositollipid bindende C2AB Domäne von Granuphilin, welche für die Bindung von Insulinvesikeln an die Plasmamembran von Bedeutung ist. Hier konnten wir zeigen, dass die Freisetzung von 1,5-InsP8 zu einer Translokation der Domäne von der Membran ins Zytoplasma führt. Alle diese Untersuchungen deuten auf eine maßgebliche Rolle von 1,5-InsP8 in der Regulation der Insulinsekretion hin, die wir in kommenden Projekten gerne untersuchen möchten. Dabei werden wir immer wieder auf die in diesem Projekt entwickelten Ansätze zurückgreifen können. Diese Ansätze werden inzwischen auch von Kooperationspartnern erfolgreich eingesetzt.

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