Chemische Methoden zur Charakterisierung sowie Kontrolle des Mikrotubuliaufbaus und der Mikrotubulidynamik unter physiologischen Bedingungen

• Antragsteller: Dr. Oliver Thorn-Seshold
• Fachliche Zuordnung: Biologische und Biomimetische Chemie
• Förderung: Förderung seit 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 400324123

Mikrotubuli erfüllen ein Reihe kritischer biologischer Rollen, vor allem in der Neurobiologie, Entwicklung, Zellteilung und dem Krebs. Unser Verständnis dieser Vorgänge ist jedoch begrenzt, da es keine hoch-spezifischen Werkzeuge zur Studie der zeitlich-räumlichen Koordination der Mikrotubuli selbst, gibt. Mein Projekt wird zeitlich, räumlich und biochemisch selektive Reagenzien synthetisieren, um solche hoch-spezifischen Studien der Mikrotubuli-Biologie zu liefern. Wir werden diese drei Selektivitäts-Mechanismen über drei Projekt-Ziele einbauen, auch wenn wir die Reagenzien jeder Stufe bereits anwenden können um hochmoderne biologische Studien durchzuführen.Ziel 1 umfasst die Entwicklung neuer Reagenzien zur zeitlich präzisen Modulation der Mikrotubuli-Struktur und -Dynamik auf der Ebene einzelner Zellen. Wir werden vor allem Mikrotubuli-Stabilisatoren, welche durch molekulare Photoschaltung optisch kontrollierbar sind, synthetisieren, um damit zellspezifische Studien innerhalb komplexer Gewebeumgebungen zu ermöglichen. In einer wesentlichen neurowissenschaftlichen Anwendung werden wir untersuchen, ob und wie axonale Degeneration durch Mikrotubuli-Inhibition innerhalb der verletzten Neuronen, rückgängig gemacht werden könnte.Ziel 2 umfasst die Entwicklung von Reagenzien zur Modulation der Mikrotubuli-Struktur und -Dynamik mit subzellulärer räumlicher Auflösung, indem wir Verbindungen konzipieren, welche durch Reaktion mit dem endogenen Tubulin-Protein, dieses lichtempfindlich machen. Solche Reagenzien werden es uns ermöglichen, die unterschiedlichen, räumlich organisierten Funktionen von Mikrotubuli innerhalb lebender Zellen, getrennt voneinander zu untersuchen. Desweiteren werden wir sie nutzen, um die ausstehende Frage, welche Teilmengen der Mikrotubuli wirklich benötigt werden um die Zellteilung zu vollziehen, anzugehen.Es wird vermutet, das Tubulin-Isotypen die diversen Funktionen der Mikrotubuli "kodieren". Es ist jedoch wenig bekannt, ohne Werkzeuge zur Studie der Isotypen: außer, dass Isotyp-Muster sowohl stark mit den Nebenwirkungen der Chemotherapie, als auch der Chemoresistenz korrelieren. Ziel 3 umfasst die Ausstattung der Tubulin-modifizierenden Verbindungen mit fluoreszierenden Tags und/oder biochemisch-spezifisch reaktiven Gruppen, um Reagenzien für Isotyp-selektive Bildgebung zu erhalten als auch solche zur Regulation der Tubulin-Dynamik in lebenden Zellen. Wir werden diese Werkzeuge nutzen um die räumlich-zeitliche Koordination der Isotypen-Dynamik während der Zellmigration und Zellteilung, Prozesse von großer Wichtigkeit in der Krebstherapie, zu untersuchen.Insgesamt wird der Vorschlag eine Reihe neuer Reagenzien liefern, welche wir nutzen werden um wichtige Fragen der Grundlagen- und angewandten Cytoskelett-Forschung zu addressieren. Und es werden Horizonte für ein größeres generelles Verständnis der Mikrotubuli-Physiologie und Pathologie, geöffnet.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen