Neue Ansätze für den Umgang mit alten Verbindungen – Untersuchung der ökologischen Funktion und Bioaktivität von Microcystinen mittels bioorthogonaler Chemie

• Antragsteller: Professor Dr. Timo H. J. Niedermeyer
• Fachliche Zuordnung: Mikrobielle Ökologie und Angewandte Mikrobiologie ; Biologische und Biomimetische Chemie
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 452935115

Microcystine (MCs) sind zyklische Heptapeptide, die von verschiedenen Cyanobakterien-Gattungen wie z.B. Microcystis gebildet werden. Sie gehören zu den wichtigsten Toxinen, die während Algenblüten produziert werden. Microcystine haben einen großen Einfluss auf die Umwelt und können auch für Mensch und Tier zur Bedrohung werden. Deshalb gehören MCs zu den am besten untersuchten cyanobakteriellen Toxinen. Ihre biologische Rolle für die produzierenden Organismen sowie ihr multifaktorieller Wirkmechanismus auf eukaryotische Zellen sind jedoch noch nicht vollständig verstanden. Das Ziel dieses Projektes ist deshalb, einen Beitrag zum Verständnis der biologischen Funktionen und des Wirkmechanismus dieser bedeutenden Cyanotoxine zu leisten. Wir wollen Antworten auf die folgenden Fragen finden: An welche Proteine binden MCs in MC-produzierenden Microcystis-Zellen? Wo sind MCs in den produzierenden Zellen räumlich lokalisiert? An welche Proteine neben den aktuell bekannten Targets binden MCs nach Aufnahme in eukaryotische Zellen?Wir werden diese Fragen mit unseren kürzlich entwickelten „klickbaren“ MCs adressieren. Diese Verbindungen, die in situ in Microcystis produziert werden können, enthalten funktionelle Gruppen, die in bio-orthogonalen Reaktionen, sogenannten “Klickreaktionen“, mit anderen Verbindungen verknüpft werden können. Wir können diese MCs kovalent an Markersubstanzen wie z.B. Fluoreszenzfarbstoffe oder Goldnanopartikel binden, ebenso an Polymere wie funktionalisierte Agarosepartikel. Wichtige im Rahmen dieses Projektes eingesetzte Techniken sind pull-down Proteomics zur Identifizierung von MC-Bindungspartnern sowie Elektronenmikroskopie zur Analyse der Lokalisierung von MCs in produzierenden Zellen. Die Verbindungen können auch zum “target fishing” genutzt werden, um Bindungspartner in eukaryotischen Zellen zu ermitteln, oder zur Untersuchung der Aufnahme und Verteilung in eukaryotischen Zellen mittels Fluoreszenzmikroskopie. Dies wird es uns erlauben, die biologischen Funktionen der MCs erheblich detaillierter zu untersuchen als es in bisher durchgeführten Studien möglich war.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen