Zellwände verschiedener Seegräser aus Ostsee, Mittelmeer, rotem Meer und Indischem Ozean– eine neue Quelle für Galaktane zur Interaktion mit humanen Galektinen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Der erste Teil des Projektes umfasste Grundlagenforschung zur Zellwand- Zusammensetzung von acht Seegras-Arten aus der Ostsee, dem Mittelmeer, dem Roten Meer und dem Indischen Ozean. Dies ist sowohl von evolutionsbiologischem (Anpassung an die marine Umgebung) als auch technologischem (Seegräser als Quelle umweltfreundlicher Produkte) Interesse. In allen Arten konnten ungewöhnliche Pektine, die sog. Apiogalakturonane (AGAs) als typische Bestandteile der verschiedenen Seegrasfamilien identifiziert werden. Die beiden australischen Arten Amphibolis antarctica und Posidonia australis enthalten insbesondere in Wurzeln und Rhizomen Ligninstrukturen, während E. acoroides und Zostera marina praktisch liginfrei sind. Mit analytischen und bioinformatischen Methoden konnten wir außerdem Arabinogalaktan- Proteine (AGPs) aus acht Seegrasarten isolieren und charakterisieren. Alle Seegras-AGPs enthielten einen großen Anteil an endständigen Glukuronsäuren; offensichtlich eine konvergente Anpassung an den marinen Lebensraum. Unsere Arbeiten geben damit einen umfassenden Überblick über die Zellwände der verschiedenen Seegrasfamilien. Die Anpassung an das Leben im Salzwasser erforderte grundlegend neue Zellwandmerkmale in Form von AGAs und uronsäurereichen AGPs. Sowohl AGAs als auch die Seegras-AGPs können über Uronsäuren Ca2+ binden. Dies bietet einen direkten Schutz vor dem Eindringen von Natrium- Ionen in die Zelle und kann außerdem bei Stress Signalkaskaden auslösen. Im zweiten Teil des Projektes wurden Seegras-AGPs sowie weitere pflanzliche und synthetische Galaktane genutzt, um ihr Potential als Hemmstoffe humaner Galektine zu untersuchen. Galektine sind galaktosebindende Rezeptoren, die insbesondere im Fall von Galektin-1, -3, - 7 und -9 eine Rolle bei der Tumorprogression und -metastasierung spielen und daher neue Zielstrukturen für die Tumortherapie darstellen. Durch verschiedene Partialhydrolysen wurden zunächst Galaktane mit veränderter Struktur und geringerem Molekulargewicht hergestellt und ihre Bindungskapazitäten an die verschiedenen Galektine mittels Biolayer- Interferometrie quantifiziert. Für das Galaktan aus Echinacea purpurea wurde eine Interaktion mit Galektin-1 und -7 gezeigt. Alle getesten Galaktane (aus Lärche, aus Echinacea, aus Zostera marina sowie synthetische Moleküle mit terminaler Galaktose oder Laktose) zeigen Bindungsaffinitäten zu Galektin-3 im niederen mikromolaren Bereich, während ausschließlich das Seegras-Galaktan mit Galektin-9 interagierte. Die Untersuchungen zeigen, dass Galaktane potentielle Galektin-Antagonisten darstellen und teilweise auch Spezifitäten für einzelne Galektine aufweisen. Untersuchungen an zwei verschiedenen Bauchspeicheldrüsenkrebs-Zelllinien (Panc1 und Panc89) ergaben, dass Galektin-3 von beiden Zelllinien exprimiert wird, wobei der Galektin-3-Spiegel in Panc1-Zellen deutlich höher sind als in Panc89-Zellen. Im Gegensatz dazu wurde Galektin-9 nur in Panc89-Zellen nachgewiesen. Die Behandlung beider Zelllinien und der daraus abgeleiteten Zellvarianten mit den verschiedenen Galaktanen hatte nur geringfügige Auswirkungen auf das Zellwachstum und die Zellmigration.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Degraded Arabinogalactans and Their Binding Properties to Cancer-Associated Human Galectins. International Journal of Molecular Sciences, 22(8), 4058.
Pfeifer, Lukas; Baumann, Alexander; Petersen, Lea Madlen; Höger, Bastian; Beitz, Eric & Classen, Birgit
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Profiling the cell walls of seagrasses from A (Amphibolis) to Z (Zostera). BMC Plant Biology, 22(1).
Pfeifer, Lukas; van Erven, Gijs; Sinclair, Elizabeth A.; Duarte, Carlos M.; Kabel, Mirjam A. & Classen, Birgit
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Seagrass arabinogalactan-proteins: Are they important for adaptation to the marine environment?. openRxiv.
Pfeifer, Lukas; Johnson, Kim L.; Bacic, Antony; Reusch, Thorsten B. H.; Duarte, Carlos M.; Sinclair, Elizabeth A. & Classen, Birgit
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Synthetic and plant-derived multivalent galactans as modulators of cancer-associated galectins-3 and -9. openRxiv.
Pfeifer, Lukas; Mueller, Kim-Kristine; Müller, Maximilian Thal; Philipp, Lisa-Marie; Sebens, Susanne & Classen, Birgit
