Analyse der Biophysikalischen Grundlagen mittels derer Glykosaminoglykane die Signalwirkung von Wachstumsfaktoren kontrollieren: ein Biomimetischer Ansatz (GlyCON)

• Antragstellerin: Professorin Dr. Andrea Vortkamp
• Fachliche Zuordnung: Entwicklungsbiologie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 431554279

Studien der letzten Jahre zeigten, dass die biologische Aktivität von Wachstumsfaktoren (WF) im Gewebe von der extrazellulären Matrix reguliert wird, insbesondere von an Protoeglykanen gebundenen Heparansulfaten (HS), die mit bestimmten, basischen Domänen der WF interagieren. Es ist jedoch weitgehend unverstanden, wie die HS-Struktur (die Abfolge von N- und O sulfatierten Gruppen) und die Sequenz der basischen Aminosäuren der WF die Interaktion auf molekularer Ebene spezifiziert. Ebenso bindet das strukturell ähnliche Glykosaminoglykan (GAG) Chondroitinsulfat (CS) viele WF, jedoch mit geringerer Aktivität. Ergebnisse des Konsortiums zeigten, dass in Chondrozyten von Mausmutanten mit einer geänderten HS-Struktur der CS-Gehalt steigt, so dass auf eine kompensatorische Funktion geschlossen werden kann. Wie die Komposition der GAGs die Aktivität von WF im Gewebe beeinflusst, wurde jedoch bisher nicht systematisch untersucht. Mit GlyCON haben drei internationale Teams aus Frankreich (Migliorini, Vivès) und Deutschland (Vortkamp) ein multidisziplinäres Projekt initiiert, welches die Fachgebiete Materialwissenschaften und Entwicklungsbiologie kombiniert, um die molekularen Grundlagen, mittels derer HS und CS die Aktivität und Präsentation von WF regulieren, zu entschlüsseln. Auf Basis der wissenschaftlichen Expertise der Gruppen untersuchen wir die Rolle beider GAGs in der Regulation von Indian hedgehog (Ihh) und ‚Bone morphogenetic proteins‘ (BMP) während der enchondralen Ossifikation. Unser Ziel ist es, die biophysikalischen Grundlagen der GAG-WF Interaktion zu entschlüsseln, um so die Funktion in der Embryonalentwicklung, der Gewebehomöostase und von HS-verwandten Dispositionen, wie den Multiplen Osteochondromen (MO), auf molekularer Ebene zu verstehen. Wir planen, eine Oligosaccharid-Bank mit distinkten Sulfatierungsmustern zu generieren und auf biomimetischen Plattformen zu immobilisieren, um die Affinität und Stöchiometrie der HS-BMP und HS-Ihh Interaktion durch biophysikalischen Untersuchungen zu bestimmen. Mittels Co-Kultur von etablierten und primären Zellen soll die Bedeutung einer geänderten Struktur von HS und Protein-Bindungsdomänen (Mutation) auf die Bioaktivität der WF bestimmt werden. Darauf aufbauend wird die Interaktion von CS mit beiden WF auf biophysikalischer und zellulärer Ebene bestimmt werden. Mittels Co-Immobilisierung von HS und CS soll erstmals systematisch die Bedeutung der relativen Zusammensetzung der GAGs auf die Bioaktivität der WF untersucht werden. Diese Ergebnisse werden mit Untersuchen des Phänotyps und der WF-Aktivität in Mausmutanten mit veränderter HS-Struktur kombiniert, um die Bedeutung von HS und CS in der Regulation biologischer Prozessen in vivo zu entschlüsseln.Unser ultimatives Ziel ist es, die Einblicke in die prinzipiellen, biophysikalischen und molekularen Grundlagen der GAG-WF Interaktion auf andere Signalwege und Gewebe zu übertragen, um somit langfristig GAG-assoziierte Erkrankungen zu verstehen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Elisa Migliorini, Ph.D.; Privatdozent Romain Vivès, Ph.D.