Funktionelle Analyse von Forminen bei der Makropinozytose and Phagozytose

• Antragsteller: Professor Dr. Jan Faix
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie ; Biochemie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 419912200

Phagozytose und Makropinozytose sind eng verwandte und evolutionär konservierte Clathrin-unabhängige endozytotische Prozesse. Beide sind Aktin-getriebene Prozesse stromabwärts von Ras und Rac-Signalwegen, welche substanzielle Umlagerungen der Plasmamembran beinhalten, um durch Schlund-artige Strukturen extrazelluläres Material aufzunehmen. Dies wird gefolgt von der Fusion des aufgenommenen Materials mit Lysosomen um nachfolgend die Nährstoffe zu extrahieren. Die regulatorischen Mechanismen, die der Aktin-Assemblierung während dieses Prozesses zugrunde liegen, sind allerdings immer noch nicht ausreichend geklärt. Dieses Projekt zielt darauf ab, den spezifischen Beitrag von Forminen sowohl bei der Makropinozytose als auch bei der Phagozytose aufzuklären und ihre mögliche Synergie zueinander als auch mit dem Arp2/3-Komplex während der Endozytose stromabwärts der Ras- und Rac-Signaltransduktionswege zu entschlüsseln. In einer zuvor veröffentlichten Arbeit haben wir nachgewiesen, dass ForG durch RasB und RasG reguliert wird, eine schlechte Nukleationseffizienz, aber eine effektive Aktinfilamentelongationsaktivität aufweist. ForG trägt zur Erzeugung von Aktinfilamenten bei, die an der Cup-Basis lokalisiert sind, und seine Aktivität ist für die Erzeugung von etwa 50% der Aktinfilamente in dieser Struktur erforderlich. Da der Arp2/3-Komplex offenbar nur am expandierenden Cup-Saum aktiviert wird, ist daher derzeit unklar, welche Faktoren für die Synthese der anderen Hälfte der Aktinfilamente in der Basis verantwortlich sind. Frühere Studien mit fluoreszenzmarkierten Biosensoren zeigten zudem, dass die gesamte Cup-Peripherie mit aktivem Rac dekoriert ist, was darauf hindeutet, dass andere Faktoren als der Rac-bindende Scar/WAVE-Komplex vorhanden sind. Interessanterweise haben wir kürzlich mit ForB ein zweites Diaphanous-verwandtes Formin identifiziert, welches sich in der aktiven Form markant an der gesamten Peripherie von Makropinosomen anhäuft. Da diese Gruppe von Forminen in den allermeisten Fällen von Rho-GTPasen aktiviert wird und alle anderen Dictyostelium-Formine, die während der Wachstumsphase exprimiert werden, funktionell ausgeschlossen werden können, nehmen wir an, dass ForB der fehlende Faktor sein könnte, der zusammen mit ForG benötigt wird, die überwiegende Masse von Aktinfilamenten in endozytischen Cups zu assemblieren. Die Klärung der Forminfunktion während der Makropinozytose und Phagozytose ist zweifellos eine herausfordernde Aufgabe, aber wir erwarten, dass wir unter Verwendung verschiedener komplementärer Ansätze, darunter eine sorgfältige biochemische Analyse von ForB, die Identifizierung des regulatorischen Rac-Proteins sowie umfassende zellbiologische Analysen von Einzel- und Doppel-Knockout-Zelllinien, wie sie im Arbeitsprogramm spezifiziert sind, die molekularen Aktivitäten und Mechanismen aufdecken werden, die der Regulation der Aktinpolymerisation in diesen großen endozytotischen Strukturen zugrunde liegen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen