Eisenregulationsproteine und ihre Bedeutung in der Granulopoese

• Antragsteller: Dr. Bruno Galy, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie ; Biochemie ; Entwicklungsbiologie ; Immunologie
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 448829424

Die Forschung der letzten Jahre hat gezeigt, dass der Stoffwechsel eine wesentliche Rolle in der Kontrolle von hämatopoetischen Stammzellen und ihrer Spezifizierung in verschiedene Abstammungslinien spielt. Während der bisherige Schwerpunkt dieser Studien auf dem Intermediär- und Energiestoffwechsel lag, wurde die Aufgabe von Spurenelementen wie Eisen in der Entscheidung des Zellschicksals von hämatopoetischen Zellen nicht ausreichend berücksichtigt. Die zelluläre Eisenhomöostase wird in Säugetieren durch die Iron Regulatory Proteins (IRP) 1 und 2 reguliert, die posttranskriptionell die Expression von Schlüsselfaktoren des Eisenstoffwechsels steuern. Durch unsere Entwicklung eines neuartigen Mausmodells, das eine akute Störung der Proteinmenge von IRP1 und IRP2 im gesamten Organismus ermöglicht, konnte wir feststellen, dass IRPs essentiell für den Erhalt der physiologischen Anzahl von Neutrophilen in der Maus sind. Eine umfangreiche Analyse der Hämatopoese dieser Mäuse zeigte deutliche Defekte bei der Differenzierung der Neutrophilen im Knochenmark, charakterisiert durch eine Anhäufung von Vorläuferzellen, die sich nicht zu granulozytären Linien hin entwickeln können und stattdessen scheinbar "unreife" Neutrophile hervorbringen. Auf der Grundlage reziproker Knochenmarktransplantationsexperimente in vivo und eines ex vivo-Zellkulturmodells konnten wir zeigen, dass IRPs die Differenzierung von Neutrophilen auf zellinhärente Weise unterstützen. Diese Ergebnisse offenbaren eine bisher unbekannte Rolle der IRPs in der adulten Hämatopoese. Als Teil dieses Antrags streben wir eine funktionelle und molekulare Charakterisierung der Eigenschaften von IRP-defizienten Neutrophilen und eine genaue Untersuchung der Rolle von IRPs in der normalen Neutropoese an. Zuerst werden wir die Morphologie und die Funktionstüchtigkeit "unreifer" Neutrophilen ohne IRP-Expression bestimmen. Zeitgleich werden wir ein Transkriptionsprofil hämatopoetischer Zellen in verschiedenen Stadien der Neutrophilendifferenzierung erstellen. Anschließend werden wir – in Kombination mit Gen- und/oder Funktionsanreicherungsansätzen – die zellulären Signalwege, die bei IRP-Mangel primär betroffen sind und daher potenziell wichtig für die neutropoetischen Funktionen der IRPs sind, aufdecken. Wir werden Genrettungsexperimente (ex vivo) und Gentherapie (in vivo) verwenden, um die Transkriptionsresultate zu komplementieren und um herauszufinden, welcher der zuvor identifizierten Stoffwechselwege/Kandidaten die IRP-Funktion mit der Neutropoese verbindet. Diese Arbeit verspricht neue Facetten eines zentralen homöostatischen Kontrollsystems in der Zelle aufzudecken und unser Verständnis der Rolle des Stoffwechsels in der Hämatopoese zu erweitern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen