Mechanismen und in-vivo Funktionen der LC3-assoziierten Phagozytose: Wenn die Nachbarn mit der Müllbeseitigung helfen

• Antragsteller: Dr. Gholamreza Fazeli, Ph.D.; Professor Dr. Christian Stigloher
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie ; Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 416451486

Die LC3-assoziierte Phagozytose (LAP) ist ein Abbaumechanismus für zelluläre Partikel mit eigener Membran, der innerhalb der Phagosomen erfolgt. LAP ist in der Beseitigung der Bakterien bis hin zu Zellkadavern und Zellresten involviert, was zu Hinderung einer Autoimmunreaktion beiträgt. Während der LAP ist die äußere Membran des Phagosoms mit Autophagozytose-assoziierten Proteinen wie LC3 dekoriert. Der Mechanismus der Rekrutierung und die Rolle von Autophagozytose-Proteinen im Zusammenhang mit Phagosomen sind jedoch weitgehend ungeklärt. Daher möchten wir den LAP-vermittelten Abbau von Zellkadavern bzw. Zellresten am Beispiel des zweiten Polkörpers und der von Neuronen freigesetzten Zellbestandteilen in C. elegans untersuchen, um die Mechanismen und die in-vivo-Bedeutung von LAP besser zu verstehen.Unsere Daten zeigen, dass LC3 für den Abbau der inneren Membran benötigt wird. In Ziel 1 werden wir testen, wie die Anwesenheit der inneren Membran kommuniziert wird, um LC3 zu rekrutieren und was LC3 auf zellulärer Ebene vermittelt, um die innere Membran aufzulösen. Zentral für dieses Ziel ist das von uns modifizierte Degron-Tag System zur Markierung der inneren Membran des Phagosoms für die Zeitraffermikroskopie sowie die etablierte korrelative Licht- und Elektronenmikroskopie (CLEM), womit wir genau untersuchen können, wie die innere Membran zusammenbricht.Bisher fanden wir heraus, dass der Abbau von Phagolysosomen durch die mTOR- und ARL8-vermittelte Tubulierung und Vesikulierung beschleunigt wird. In Ziel 2 werden wir durch RNAi-Screening und CLEM testen, ob eine Phagolysosom-Tubulierung mit Hilfe von Motorproteinen entlang Mikrotubuli erfolgt. Da mTOR mehrere Signalwege reguliert, werden wir systematisch nach mTOR-Effektoren screenen, die in der Phagolysosom-Tubulierung beteiligt sind. Dieses Ziel wird einen genauen Einblick in die Mechanismen von Phagolysosom-Tubulierung und Abbau geben. Zellulär-delegierter Abbau kann von entscheidender Bedeutung für hoch differenzierte Neuronen sein, die beschädigte Organellen und Proteinaggregate beseitigen müssen, um während des gesamten Lebens des Organismus funktionsfähig zu bleiben. In Ziel 3 werden wir prüfen, ob benachbarte Zellen unerwünschte neuronale Überbleibsel durch LAP entfernen und zudem klären, ob der LAP-vermittelte Abbau mit den Motoneuron-Erkrankungen wie ALS im Zusammenhang steht. Dies wird die Bedeutung von LAP in der neuronalen Homöostase und während Krankheitszuständen klären.Dieses Projekt wird einen mechanistischen Einblick in die Reifung von Phagosomen in vivo geben und die Rolle von LAP bei neurodegenerativen Erkrankungen testen. LAP-vermittelter Abbau wird von einer Vielzahl von Zellen und Geweben von Nematoden bis zu Säugertieren genutzt. Aufgrund der bestehenden Zusammenhänge zwischen LAP-Mangel und pathologischen Zuständen kann unser in-vivo-Projekt den Boden für potenzielle klinische Studien bereiten und somit letztendlich für das Gesundheitswesen von Bedeutung sein.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen