Regulation der Mikrovilli-Adäsion und der Mikrovillus-Dynamik in Epithelzellen durch ein Adäsionsmolekül aus der JAM Familie

• Antragsteller: Professor Dr. Klaus Thomas Ebnet
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 425854143

Epithelien bilden mechanische und physiologische Barrieren zwischen Kompartimenten. Die mechanischen Barrieren sind für das Aufrechterhalten der Integrität der Organe bei mechanischer Beanspruchung verantwortlich, die physiologischen Barrieren ermöglichen ein kontrolliertes und gezieltes Aufnehmen von löslichen Faktoren. Die interzellulären Barrierefunktionen werden über Zelladhäsionsmoleküle reguliert, die Kräfte wahrnehmen und dem Zellverband Widerstand gegen mechanische Kräfte verleihen. Gleichzeitig ermöglichen diese eine selektive Permeabilität des Epithels für bestimmte lösliche Faktoren. Interessanterweise sind bei verschiedenen Epithelzellen ähnliche Zelladhäsionsmoleküle in der apikalen Membran lokalisiert, wo sie die Interaktion zwischen Mikrovilli (auf Epithelien des Darms oder der Nierentubuli) oder zwischen Stereozilien (auf Epithelzellen des Innenohrs bzw des Vestibularsystems) vermitteln. Hauptaugenmerk unserer Arbeiten sind Adhäsionsmoleküle aus der JAM Familie. Wir haben kürzlich eine neues Mitglied der "Junctional Adhesion Molecule" (JAM) Familie, charakterisiert. Dieses neue Mitlied, JAM-M, wird von Büschelzellen (tuft cells) des Darm exprimiert und ist in kultivierten Epithelzellen in den Mikrovilli lokalisiert. In den Mikrovilli ist JAM-M selektiv im basalen Bereich angereichert. Mit Hilfe des Hefe-2 Hybrid-Systems und in biochemischen Experimenten haben wir die beiden PDZ-Domänenproteine NHERF1 und NHERF2 als Bindungspartner von JAM-M identifiziert. In beiden Fällen wird die Interaktion über das PDZ Bindemotiv von JAM-M vermittelt. In einem Zellsystem, in den man die Bildung von Mikrovilli induzierbar regulieren kann, fanden wir, dass JAM-M über sein PDZ Bindungsmotiv in den Mikrovillisaum rekrutiert wird. Unsere Vorarbeiten deuten somit auf die Existenz eines bisher unbekannten Adhäsionskomplexes im basalen Bereich der Mikrovilli hin. Das Ziel dieses Projektes besteht darin, die Rolle diese Komplexes bei der Bildung der Mikrovilli in Epithelzellen genau zu verstehen. Wir werden den Komplex dazu biochemisch genau charakterisieren. Wir werden dabei auch den Einfluss des Komplexes auf die Lokalisation und Funktion von Ezrin untersuchen, einem Protein, das die Plasmamembran mit dem Zytoskelett verbindet, das mit NHERF1 interagiert, und das für die Mikrovillusbildung von zentraler Bedeutung ist. Wir werden den Einfluss von JAM-M auf die Dynamik der Mikrovilli sowie auf die Dynamik der beiden Adapterproteine NHERF1 und NHERF2 untersuchen. Wir werden zudem die biochemischen und biophysikalischen Eigenschaften von JAM-M als Adhäsionsrezeptor genau analysieren. Schließlich werden wir zwei Tiermodelle etablieren, in dem wir die Funktion von JAM-M bei der Entwicklung des Gastrointestinalktrakts sowie dessen Rolle bei der Bildung und für die Funktion der Büschelzellen untersuchen werden. Von unseren Untersuchungen erwarten wir einen tieferen Einblick in die molekularen Mechanismen, über die die Bildung von Mikrovilli gesteuert wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen