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Projekt
P7 Systembiologischer Ansatz, um organismusweite und Hepatozyten-spezifische eisenabhängige Regulationsmechanismen der BMP-Signaltransduktion zu entschlüsseln
Antragstellerin
Professorin Dr. Ursula Klingmüller
Fachliche Zuordnung
Endokrinologie, Diabetologie, Metabolismus
Förderung
Förderung seit 2020
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 436298031
Eisenüberladung der Leber ist eine häufige Ursache für chronische Lebererkrankungen und steht in Verbindung mit Knochenverlust. Komplexe, nichtlineare Wechselwirkungen regulieren den Eisenstoffwechsels auf mehreren Ebenen. In der ersten Förderperiode entwickelten wir ein integriertes mathematisches Modell der IL-6- und BMP-Signaltransduktion, das erfolgreich die Dynamik der IL-6 induzierte Hepcidin-Expression, den Hauptregulator des Eisenmetabolismus, in primären humanen Hepatozyten und HepG2-Zellen vorhersagte. Modellanalysen zeigten, dass die nicht-opioiden Analgetika Diclofenac (DCF) und Acetaminophen (APAP) die IL-6 induzierte Hepcidin-Expression in HepG2-Zellen durch Modulation der BMP-Rezeptoraktivierung verstärken. Obwohl viele Faktoren wie ALK2, ALK3, Hemojuvelin und Transferrin-Rezeptor 2 (TFR2) für die Hepcidin-Regulation entscheidend sind, bleiben die zugrunde liegenden Mechanismen weitgehend unklar. Es konnte gezeigt werden, dass der Transferrin-Rezeptor 1 (TFRC) und TFR2 die BMP-Signaltransduktion beeinflussen, indem sie BMP-Liganden binden und die SMAD-, AKT- und MAPK-Signalwege modulieren. Wir etablierten eine Proteomik-Pipeline, und konnten mit dieser Technologie zeigen, dass Eisenüberladung bei Mäusen die Menge von TFRC und TFR2 reduziert und den Leberstoffwechsel verändert. In der nächsten Förderperiode werden wir den Einfluss von Eisenveränderungen auf TFRC/TFR2 und die BMP-Signaltransduktion in eisenarmen oder -überladenen primären murinen Hepatozyten, die mit BMP-2 und -6 stimuliert wurden, mittels quantitativem Immunoblot, globaler Massenspektrometrie und Phosphoproteomik untersuchen. Da BMP-2 und -6 unterschiedliche Affinitäten zu ALK2 und ALK3 haben und die Hepcidin-Expression in unterschiedlichem Maße auslösen, werden wir analysieren, ob Kofaktoren wie TFR2, HJV und HFE die Ligand-Rezeptor-Interaktion in vergleichbarer Weise wie DCF und APAP modulieren. Um zu bestimmen, wie dieser Mechanismus bei chronischen Lebererkrankungen verändert sein könnte, werden wir zielgerichtete Proteomik einsetzen, um die Zusammensetzung des Rezeptorkomplexes und die BMP-vermittelte Hepcidin-Expression in humanen Hepatomzellen zu messen. Da wir beobachtet haben, dass die humane Hepatomzelllinie HepG2 BMP-Liganden sezerniert, werden wir mittels antikörperbasierter Assays die BMP-Ligandenkonzentrationen im Plasma von Mäusen mit Leberfibrose bestimmen. Chronische Lebererkrankungen und hepatozelluläres Karzinom sind mit einem signifikant erhöhten Risiko für Knochenfrakturen assoziiert. Wir werden daher folgende Hypothesen testen: Veränderungen in der Regulation des Eisenstoffwechsels sind (i) geschlechtsspezifisch, stellen (ii) einen Indikator für das Fortschreiten chronischer Lebererkrankungen dar und (iii) verändern die Kommunikation mit dem Knochengewebe.
DFG-Verfahren
Forschungsgruppen
