Funktionelle Analyse intrazellulärer Globine von Zebrafischen

• Antragsteller: Professor Dr. Thorsten Burmester; Dr. Andrej Fabrizius
• Fachliche Zuordnung: Evolutionäre Zell- und Entwicklungsbiologie der Tiere ; Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung ; Biochemie und Physiologie der Tiere
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 395557094

• Erstellungsjahr: 2024

Zusammenfassung der Projektergebnisse

(Hämo-)Globine gehören zu den am besten untersuchten Proteinen in den Biowissenschaften, bieten aber immer noch Überraschungen. Unsere Studien führten zur Entdeckung von sechs neuartigen Globinen bei Gnathostamata (Kiefermünder), deren Funktionen meist noch nicht gut aufgeklärt sind. In diesem Antrag haben wir die Funktionen von Cytoglobin (Cygb1 und Cygb2), Neuroglobin (Ngb) im Zebrafisch (Danio rerio) untersucht. Wir haben die CRISPR/Cas9-Methode verwendet, um Knockouts der verschiedenen Globin-Gene zu erzeugen. Mit der Methode wurde von uns eine homozygote Cygb1, Cygb2 und Ngb Knockout- Zebrafisch-Linie erzeugt. Die Globin-Knockouts wurden auf Entwicklungsdefekte, Hypoxietoleranz und -Antwort, Schutz vor reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) und Stickstoffmonoxid, sowie bezüglich des Schutz' von Membranlipiden getestet. Mit der vergleichenden RNA-Seq-Analyse (Knockout vs. Wildtyp) konnten wir die entsprechenden Stoffwechselwege identifizieren, an denen die Globine beteiligt sind. So scheint Ngb, wie vermutet, an der O2-Versorgung des Gehirns beteiligt zu sein, während Cygb1 vor allem zum Zellschutz in der Leber beiträgt. In diesem Antrag fokussierten wir uns speziell auf Cygb1 und Cygb2. Im Gegensatz zu anderen Wirbeltieren besitzen Knochenfische zwei verschiedene Cygb-Gene. Wir vermuten, dass sie durch Subfunktionalisierung nach der Genduplikation divergierten. Die duplizierten Cygb-Gene könnten eine Rolle bei der Bereitstellung von O2 für die Kollagensynthese, beim Schutz vor ROS oder im NO-Stoffwechsel spielen. Die Ergebnisse aus diesem Projekt tragen dazu bei, die physiologischen Funktionen von Ngb, Cygb1 und Cygb2 im Zebrafisch einzugrenzen, und zudem im Vergleich zum Säugetier abzugrenzen. So können wir die funktionelle Vielfalt der Globine bei Wirbeltieren im Allgemeinen besser verstehen.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• The knockout of cytoglobin 1 in zebrafish (Danio rerio) alters lipid metabolism, iron homeostasis and oxidative stress response. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Molecular Cell Research, 1870(8), 119558.
  Schlosser, Annette; Helfenrath, Kathrin; Wisniewsky, Michelle; Hinrichs, Kira; Burmester, Thorsten & Fabrizius, Andrej