Kontext-abhängige Aktivierung von PIEZO Ionenkanälen

• Antragsteller: Professor Dr. Stefan Lechner
• Fachliche Zuordnung: Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen
• Förderung: Förderung seit 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 430270658

Alle Zellen unseres Organismus sind mechanischen Kräften der einen oder anderen Art ausgesetzt und sind mit entsprechenden Sensoren ausgestattet, die es ihnen ermöglichen diese mechanischen Reize in biochemische Signale umzuwandeln – ein Prozess der als Mechanotransduktion bekannt ist. PIEZO1 und PIEZO2 sind mechanisch aktivierbare Ionenkanäle die in der Mechanotransduktion vieler Zelltypen, wie z.B. Erythrozyten, Chondrozyten und sensorischen Nervenzellen, eine zentrale Rolle spielen. Während der ersten Förderperiode, konzentrierte sich meine Forschung auf die intramolekularen Kraftübertragungsmechanismen (Wechselwirkungen zwischen unterschiedlichen PIEZO-Domänen) die die Aktivierung von PIEZO vermitteln. Dabei konnten wir häufig beobachten, dass unterschiedliche experimentelle mechanische Reize, wie z.B. Dehnung der Zellmembran durch Unterdruck in der Patchpipette in cell-attached Messungen und fokale mechanische Stimulation mit einem dünnen Glasstift in whole-cell Messungen, PIEZO2 durch unterschiedliche intrazelluläre und intramolekulare Kraftübertragungsmechanismen aktivieren. Diese Beobachtung wirft die Frage auf, ob unterschiedliche natürliche mechanische Reize PIEZO Kanäle ebenfalls durch unterschiedliche Kraftübertragungsmechanismen aktivieren oder ob die verschiedenen Mechanismen in vollständig intakten Zellen synergistisch wirken. Demzufolge sind die übergeordneten Ziele des nun eingereichten Fortsetzungsantrags, (i) den Beitrag der diversen Kraftübertragungsmechanismen zur Detektion natürlicher Reize zu untersuchen und (ii) weitere Einblicke in die intramolekularen Kraftübertragungsmechanismen von PIEZO Kanälen zu gewinnen. Um diese Fragen zu beantworten, werde ich die Kraftübertragungsmechanismen untersuchen, die der Detektion von Traktionskräften, welche während des Neuritenwachstums und der Zellmigration entstehen, zu Grunde liegen. Darüber hinaus, werde ich die unterschiedliche Rolle des Zytoskeletts bei der Aktivierung von PIEZOs durch Kompression der gesamten Zelle und durch fokale mechanische Stimuli untersuchen. Außerdem werde ich mittels MINFLUX Mikroskopie die Konformationsänderungen von PIEZOs, die bei der Kanalaktivierung stattfinden, untersuchen. Ich bin überzeugt, dass die geplanten Experimente schlussendlich klären werden wie PIEZO-Kanäle in vollständig intakten Zellen aktiviert werden und somit eine wertvolle Grundlage für zukünftige Studien schaffen werden, die das Ziel haben zu untersuchen wie sich Zellen in einer sich stetig ändernden Umgebung an mechanischen Stress anpassen um die Zell- und Gewebeintegrität und nicht zuletzt die Integrität des gesamte Organismus zu erhalten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen