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Projekt
Therapeutisches Abzielen auf Hexokinase bei Darmentzündungen
Antragsteller
Privatdozent Felix Sommer, Ph.D.
Fachliche Zuordnung
Gastroenterologie
Förderung
Förderung seit 2020
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 426660215
Entzündungen sind durch Veränderungen der Stoffwechselaktivität, insbesondere des Glukosestoffwechsels, gekennzeichnet. Hexokinase (HK) katalysiert den ersten Schritt der Glykolyse und trägt dadurch zu entscheidenden homöostatischen Körperfunktionen bei. Säugetiere kodieren für fünf HK-Isoenzyme: HK1-4 und HKDC1 (HK domain containing 1). HK2 ist von besonderem Interesse, da es die am häufigsten vorkommende HK im Darm ist, eine hohe HK-Aktivität ausübt und auf verschiedene Reize einschließlich dem Mikrobiom reagiert. Während der Phase I von miTarget fanden wir heraus, dass die HK2-Expression in der entzündeten Schleimhaut von Patienten mit Darmentzündung hochreguliert ist und dass die Ablation von HK2 in Darmepithelzellen (IEC) vor Kolitis schützt, den Zelltod unterdrückt und die Mitochondrienfunktion verändert. Wir haben außerdem gezeigt, dass der mikrobielle Metabolit Butyrat die HK2-Expression durch Signalübertragung über Histondeacetylase 8 (HDAC8) hemmt und dadurch vor akuten Entzündungen schützt. Unser Ziel ist es nun, auf diesen Erkenntnissen aufzubauen, indem wir den genauen molekularen Mechanismus aufklären, wie die HK2-Hemmung vor Entzündungen schützt, die transkriptionelle Regulierungslandschaft untersuchen, wie das Mikrobiom HK2 über Butyrat und HDAC8 kontrolliert, und neu identifizierte spezifische HK2-Inhibitoren sowie Pro- und Präbiotika auf ihr Potenzial testen, die Kolitisanfälligkeit bei Mäusen zu modulieren, da Studien mit Butyrat bei IBD-Patienten aufgrund von Nebenwirkungen im Zusammenhang mit seiner chemischen Natur abgebrochen werden mussten. Zu diesem Zweck werden wir die HK2-abhängigen funktionellen mitochondrialen Veränderungen in zwei komplementären in vitro Modellen – Caco-2 Zellen und intestinale Organoide – durch metabolische Tracing Experimente unter Verwendung von 13C-Glucose, Seahorse Analysen, mitochondrial permeability transition pore (MPTP) Assays, Tetramethylrhodamin-methylester (TMRM) Färbung, Messungen der Cytochrom-C-Freisetzung und Anti-HK2 Immunpräzipitation. Wir werden weiterhin HDAC8 ChIP-seq- und Hk2-Promotor fishing nach Transkriptionsfaktoren durchführen sowie WT- und HK2∆IEC Mäuse mit neuen HK2 Inhibitoren oder ausgewählten probiotischen Bakterien und präbiotischen Substanzen behandeln, um Alternativen zu Butyrat zu identifizieren, die in zukünftigen klinischen Studien verwendet werden sollen. Zusammengenommen versprechen diese Experimente, nutzbare molekulare Ziele in der Mikrobiom-HK2-Achse aufzudecken, die dann in die Klinik zur Behandlung von Darmentzündungen übertragen werden können.
DFG-Verfahren
Forschungsgruppen
