Aktin-basierte Krafterzeugung im vaskulären Endothel

• Antragsteller: Professor Dr. Dietmar J. Manstein
• Fachliche Zuordnung: Strukturbiologie ; Biochemie ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 462266917

Das vaskuläre Endothel ist ein systemisch verteiltes, hochdynamisches und streng reguliertes Organsystem, das bei der Pathogenese einer Vielzahl von Erkrankungen eine zentrale Rolle spielt. Kontraktile Aktinkomplexe vermitteln in Endothelzellen Barrierefunktion, Mechano-Transduktion, gerichtete transzelluläre Transportprozesse und sind für die Zellmigration während der Angiogenese von unerlässlicher Bedeutung. Trotz ihres unverzichtbaren Beitrags zur Integrität und Funktion des vaskulären Endothels ist unser Wissen über die Isoformkomposition und die funktionellen Eigenschaften der beteiligten Aktomyosin-basierten Strukturen höchst begrenzt. Vorläufige Experimente mit rekonstituierten zytoskelettalen Aktin-Tropomyosin-Myosin-Komplexen zeigen, dass die zytoskelettalen Tropomyosin-Isoformen eine völlig andere Funktion ausüben als die Tropomyosin-Isoformen im Sarkomer von Muskelzellen. Veränderungen der Motoraktivität werden nicht nur beim Austausch von Myosin-Isoformen beobachtet, sondern dasselbe Myosin zeigt beim Austausch der assoziierten Tropomyosin-Isoform ausgeprägte Veränderungen in der Kraftentwicklung, Prozessivität und Bewegungsgeschwindigkeit. Wir werden die in vaskulären Endothelzellen vorhandenen kontraktilen Komplexe identifizieren, um ihre funktionsbestimmenden strukturellen Merkmale aufzuklären und erste Prinzipien abzuleiten, die eine genaue Modellierung der Auswirkungen allosterischer Trigger-Ereignisse auf ihre chemomechanischen Eigenschaften, ihre thermische Stabilität, ihre Proteinfaltungsstabilität und ihre Dynamik ermöglichen. Wir werden unsere führende Rolle bei der Produktion von Zytoskelettproteinen, der Rekonstitution kontraktiler Komplexe und ihrer funktionellen und strukturellen Charakterisierung nutzen, um die allosterischen Kommunikationswege zu kartieren und die Grundlage für die beobachteten isoformabhängigen Unterschiede in der chemo-mechanischen Kopplung zu bestimmen. Wir werden serielle kristallographische Ansätze anwenden, um ergänzende Informationen über Konformations- und Faltungsdynamik zu erhalten. Basierend auf der Charakterisierung geeigneter pharmakologischer Myosin-Chaperone können wir irreversible Denaturierung verhindern und Entfaltungs- und Rückfaltungsprozesse in diesen Experimenten verfolgen. Wir erwarten, dass unsere Ergebnisse eine beispiellose Fülle an strukturellen und funktionellen Daten liefern werden. Ihre Integration mit molekularen Simulationen wird zur Erstellung prüfbarer Modelle genutzt, die zur Identifizierung allosterischer Trigger-Positionen in den verschiedenen Protein-Isoformen führen werden, die zur Aktomyosin-abhängigen Kraftproduktion in vaskulären Endothelzellen beitragen, und wie sie zur chemo-mechanischen Kopplung und Krafterzeugung im Kontext verschiedener Kombinationen von Isoformen beitragen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen