Proteomische und funktionelle Charakterisierung der wachstumsunterdrückenden Wirkung von Galektin-4 in Darmkrebszellen

• Antragsteller: Professor Dr. Magnus von Knebel Doeberitz, seit 1/2022
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 448311271

Galectin-4 (Gal-4) gehört zu einer Familie von strukturell verwandten Glycan-bindenden Proteinen (Lektinen). An der Zelloberfäche lokalisierte, Glycan-codierte Informationen kann von Lektinen entschlüsseln und in Wachstums- und Differenzierungssignale übersetzt werden. Darüber hinaus sind Galectine an wichtigen intrazellulären, auch Glycan-unabhängigen, Prozessen beteiligt. Als ein typischer Vertreter der Tandem-Repeat-Galectine besitzt Gal-4 zwei unterschiedliche Kohlenhydrat-Erkennungsstellen (CRDs), die durch einen Peptid-Linker miteinander verbunden sind. Diese modulare Struktur ermöglicht die Vernetzung zweier verschiedener, auf der Zelloberfläche lokalisierter Liganden und ist auch für intrazelluläre Funktionen von entscheidender Bedeutung. Gal-4 zeigt eine hohe Expression in normalem Kolonepithel, ist aber in kolorektales Karzinom (CRC) stark herunterreguliert. Unsere bisherigen Untersuchungen haben gezeigt, dass extrazelluläres Gal-4 wachstumshemmend und differzierungsauslösend auf kultivierte Kolonkarzinomzellen wirkt, und somit an der Oberfläche der Zellen funktionell aktiv ist. Im vorliegenden Forschungsvorhaben soll im Detail die intrazelluläre als auch die Zelloberflächen-assoziierte Wirkungsweise von Gal-4 charakterisiert werden. Dazu sollen zunächst sowohl die Zelloberflächen-gebundenen als auch die intrazellulären Interaktionspartner identifiziert werden. Für die Analyse der intrazellulären Wirkungsmechanismen soll eine CRC Ziellinie generiert werden, die eine induzierbare Expression des Gal-4 Proteins erlaubt. Gleichzeitig soll untersucht werden, welche Signaltransduktionswege und zellulären Mechanismen durch die Bindung von Gal-4 an die Zelloberfläche getriggert werden. Zunächst werden massenspektrometrische Proteom- und Phosphoproteomanalysemethoden angewandt, um Gal-4-Bindungspartner, Gal-4 getriggerte Signaltransduktionswege und Änderungen der Zellphysiologie zu identifizieren. Dabei werden auch verschiedene Varianten der Gal-4-Struktur eingesetzt, die Rückschlüsse auf die Funktionalität der Tandem-Repeat-Struktur erlauben. Zur weiteren Charakterisierung und Validierung der gefundenen Veränderungen mit immunologischen und biochemischen Methoden werden neben den Zellkulturen, auch ein Tiermodell (Gal-4 Knockout-Mäuse) und humane Gewebeproben eingesetzt. Die KO-Mäuse sind bereits verfügbar und der Knockout ist bereits mit molekularen, biochemischen und immunhistochemischen Methoden nachgewiesen. Für Untersuchungen an menschlichen Gewebeproben, können wir auf eine große Sammlung kolorektaler Karzinome und Adenome mit sorgfältiger Dokumentation der zugehörigen klinischen Informationen und molekularen Daten zurückgreifen, welche als Paraffinblöcke vorliegen.Insgesamt tragen die geplanten Untersuchungen nicht nur zu einem vertieften Verständnis der Pathobiologie des kolorektalen Karzinoms bei, sondern adressieren auch die hochaktuelle Fragestellung der Glykobiologie nach prinzipiellen zellulären Galektin-Funktionen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemalige Antragstellerin: Dr. Malwina Michalak, bis 12/2021