FOR 5046:  Integrative Analyse epithelialer SLC26 Anionentransporter – von der molekularen Struktur zur Pathophysiologie

• Fachliche Zuordnung: Medizin
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 426950122

Die SLC26-Transporter-Familie umfasst funktionell vielseitige Anionen-Transporter, die in Prokaryonten wie auch Eukaryonten konserviert sind. Das humane Genom kodiert 10 funktionelle SLC26-Proteine, von denen viele ursächlich mit menschlichen Erkrankungen assoziiert sind, darunter kongenitale Chlorid-Diarrhö, Hypothyreose, männliche Infertilität, skelettale Dysplasien, Hirnödem und Taubheit. Obgleich diese Erkrankungen die hohe physiologische und pathophysiologische Relevanz der SLC26-Transporter belegen, sind die grundlegenden Prinzipien von Transportmechanismus, Regulation und physiologischen Funktionen noch weitgehend unverstanden. Insbesondere das Fehlen von Strukturinformation auf molekularer Ebene und der Mangel an geeigneten Modellen für die Organphysiologie standen Fortschritten im Wege. Die kürzliche Erstbeschreibung der molekularen Architektur von SLC26-Transportern sowie die Entwicklung komplexer Modellsysteme für die Physiologie ermöglichen jetzt eine tiefergehende Analyse dieser Proteine. Das integrative Ziel dieser Forschungsgruppe ist die Analyse von Struktur, Funktion und Regulation ausgewählter SLC26-Isoformen sowohl im vereinfachten molekularen als auch im komplexe physiologischen Kontext. Dabei legen wir den Fokus auf die SLC26-Isoformen A2, A3, A6, A9 und A11, welche (patho)physiologisch besonders relevant in Niere und Gastrointestinaltrakt sind, zwei prototypischen epithelialen Organsystemen. Ziele der Forschungsgruppe sind (i) die Aufklärung der strukturellen Basis von Transport und Regulation der SLC26-Proteine, (ii) die detaillierte experimentelle Struktur-Funktions-Analyse, (iii) die Zusammenführung dieser experimentellen Daten zu mechanistischen Modellen des Transports mittels molekular-dynamischer Simulationen, (iv) die Untersuchung der Regulation durch zelluläres Trafficking und durch Protein-Protein-Interaktionen, und (v) die Analyse der systemischen Funktion und Dysfunktion dieser SLC26-Isoformen in gastrointestinalen und renalen Epithelien. Das interdisziplinär angelegte Arbeitsprogramm beruht auf modernen Schlüsseltechniken. Auf der molekularen Ebene werden wir Einzel-Partikel-Cryo-EM, Molekulardynamik-Simulationen, Elektrophysiologie und Fluoreszenzspektroskopie kombinieren. Zellbiologische Mechanismen werden mithilfe von Interaktions-Proteomik und Live-Cell-Fluoreszenz-Mikroskopie untersucht. Auf der physiologisch-pathophysiologischen Ebene werden wir humane intestinale Organoide als neues in-vitro-Modell nutzen und neue Maus-Modelle etablieren. Eine zentrale Plattform zur Generierung von 'Nanobodies' wird essentielle Werkzeuge zum Ausschöpfen der Potentiale von Cryo-EM, Proteomik und Imaging bereitstellen. Wir erwarten mit diesem Forschungsprogramm neue molekulare Mechanismen, zelluläre Regulationswege und Organfunktionen zu identifizieren, diese dadurch molekularen Interventionen zugänglich zu machen, und damit schließlich den Weg zu zukünftigen translationalen Forschungsansätzen zu ebnen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen

Projekte

• Aufklärung von Zusammensetzung und Struktur der SLC26A5-Mikrodomäne in sensorischen äußeren Haarzellen (Antragsteller Oliver, Dominik )
• Das Transportmetabolom der Anionentransporter SLC26A3, SLC26A6 und SLC26A9 im menschlichen Darmepithel (Antragstellerin Seidler, Ursula )
• Die Bedeutung von SLC26A2 für den intestinalen und renalen Oxalattransport (Antragstellerinnen / Antragsteller Knauf, Felix ;  Scholl, Ute )
• Funktionelle Spezialisierung transportierender und nicht-transportierender SLC26-Proteine (Antragsteller Machtens, Jan-Philipp ;  Oliver, Dominik )
• Koordinationsfonds (Antragsteller Oliver, Dominik )
• P1 – Unordnung-Funktionsbeziehungen bei SLC26-Transportern (Antragsteller Geertsma, Eric )
• Physiologische Bedeutung der Wechselwirkung zwischen SLC26A3 und SLC26A6 mit CFTR oder NHE3 für die Sekretion und Absorption im Darm (Antragsteller Amiri, Mahdi ;  Lamprecht, Hans Georg )
• Physiologische Funktion und Transporteigenschaften des SLC26A9 Anionentransporters im Magen- und Alveolarepithel (Antragstellerin Seidler, Ursula )
• PZ – Nanobodies für die mehrstufige Analyse von SLC26 Anionentransporter (Antragsteller Geertsma, Eric )
• Transportmechanismen und zelluläre Funktionen von SLC26A11 (Antragstellerinnen / Antragsteller Alfonso-Prieto, Ph.D., Mercedes ;  Fahlke, Christoph )

• Sprecher: Professor Dr. Dominik Oliver