Die Funktion der Na,K-ATPase in der unkonventionellen Sekretion von Fibroblast Growth Factor 2

• Antragsteller: Professor Dr. Walter Nickel
• Fachliche Zuordnung: Biochemie ; Strukturbiologie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 460555261

Fibroblast Growth Factor 2 (FGF2) ist ein Mitogen, das eine zentrale Rolle in der Tumor-induzierten Angiogenese spielt. FGF2 ist darüber hinaus ein Faktor, der bei vielen Tumorerkrankungen eine Chemoresistenz gegenüber Krebstherapien verursacht, die durch eine von FGF2 vermittelte autokrine Signalkaskade erzeugt wird, die zur Hemmung der Apoptose führt.FGF2 ist Teil einer Gruppe von unkonventionell sezernierten Proteinen, die keine Signalpeptide für die ER/Golgi-vermittelte Proteinsekretion besitzen. Hierbei gehört FGF2 zu den sogenannten Typ I Proteinen, die über eine direkte Translokation über die Plasmamembran den extrazellulären Raum erreichen. Der zugrunde liegende Mechanismus basiert auf (i) der Bindung von FGF2 an das Phosphoinositid PI(4,5)P2 an der Innerseite der Plasmamembran, (ii) einer durch die Oligomerisierung von FGF2 erzeugten toroidalen Pore und (iii) der Translokation und Disassemblierung der FGF2 Oligomere durch Heparansulfatproteoglykane, die sich auf der Zelloberfläche befinden.Über die beschriebene Maschinerie hinaus konnte nachgewiesen werden, dass die Na,K-ATPase für die effiziente Sekretion von FGF2 notwendig ist. Diese Beobachtung basierte auf drei methodischen Ansätzen. Zum einen wurde gezeigt, dass die Sekretion FGF2 durch Ouabain, ein pharmakologischer Inhibitor der Na,K-ATPase, gehemmt wird. Weiterhin wurde nachgewiesen, dass eine mittels RNA Interferenz erzeugte Reduktion der Expressionsrate der α-Untereinheit der Na,K-ATPase eine Hemmung der FGF2 Sekretion verursacht. Über diese Beobachtungen hinaus konnte eine direkte Interaktion von FGF2 mit der zytoplasmatischen Domäne der α-Untereinheit der Na,K-ATPase identifiziert werden, deren Blockierung durch gezielte Aminosäuresubstitutionen zu einer Hemmung der FGF2 Sekretion führten. Die geschilderten Befunde stellen den Ausgangspunkt des vorliegenden Antrages wieder, in dem die genaue Funktion der Na,K-ATPase in der unkonventionellen Sekretion von FGF2 untersucht werden soll. Hierbei steht vor allem die Hypothese im Vordergrund, dass die durch die FGF2 Membrantranslokation verursachten Membranporen eine transiente Beeinträchtigung des Membranpotenzials, das an der Plasmamembran anliegt, verursachen und durch eine Modulierung der Aktivität der Na,K-ATPase durch die Bindung von FGF2 an die α-Untereinheit kompensiert werden könnte. Die im Antrag geschilderten Projektziele werden mit einem breiten interdisziplinären Spektrum strukturbiologischer, biochemischer, theoretischer und bildgebenden Verfahren adressiert und durch verschiedene internationale Kooperationen unterstützt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Finnland, USA
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Professorin Dr. Yamuna Krishnan; Professor Dr. Ilpo Vattulainen