Bewertung des Kalziumsignals und des ER-Stresses bei Colitis ulcerosa

• Antragsteller: Professor Dr. André Gessner, Ph.D., seit 11/2023
• Fachliche Zuordnung: Anatomie und Physiologie ; Gastroenterologie ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 467016051

Der Zusammenhang zwischen einer beeinträchtigten Barrierefunktion des Darms und einer Verschlechterung von Colitis ulcerosa (CU) ist weitestgehend bekannt. Dies wird vorwiegend auf eine verminderte Aktivität von Bürstensaumenzymen (Hydrolasen) und Proteindefekten der baso-lateralen Membran (BM) zurückgeführt, welche physiologische Schlüsselfunktionen im Darm erfüllen. Defekte Hydrolasen sowie schadhafte baso-laterale Membranproteine finden sich sowohl bei CU-Patienten als auch in Colitis-induzierten Tiermodellen. Darüber hinaus wurde in frisch isoliertem Ileum von CU-Patienten eine Anreicherung des Bürstensaumenzyms Saccharase-Isomaltase (SI) im Zytosol und nicht an der Membran gefunden. Dies deutet darauf hin, dass SI-Veränderungen nicht ausschließlich eine Konsequenz verminderter Synthese, sondern wahrscheinlich auch der Faltung, des Transports und der Verteilung ist. Apikale und baso-laterale Proteine werden initial im endoplasmatischen Retikulum (ER), dessen korrekte Funktionsweise eng mit dem Ca2+-Spiegel verknüpft ist, prozessiert und erhalten dort ihre native Konformation. Daher spielt hierbei die durch konzertierte Aktivität zahlreicher Ca2+-Transporter/-Pumpen der Plasmamembran und des ERs erreichte Homöostase des Ca2+-Levels eine entscheidende Rolle. Die wechselseitige Beteiligung von Inflammation, ER-Stress und Störung des Ca2+-Gleichgewichts an Funktionsstörungen des Darms ist bekannt, jedoch nicht deren initial Defekte-auslösende Parameter. Trotz verfügbarer Daten über die Fehlfunktion von Bürstensaum-Hydrolasen (BSH) und baso-lateraler Membranproteine in CU, ist die Datenlage bezüglich des Zusammenhangs zwischen Ca2+ und ER-Stress in den beobachteten Funktionsstörungen eingeschränkt. Aufgrund dessen ist es Ziel dieses Projekts, die Ca2+ Signalwege in intestinalen Zellen unter inflammatorischen/CU-induzierten Bedingungen aufzuzeigen und die Beteiligung von Ca2+ und/oder ER-Stress an der Fehlfunktion von BSH und ausgewählten Proteinen der baso-lateralen Membran, wie sie bei CU vorliegen, zu untersuchen. Zu diesem Zweck sollen Ca2+-Signalwege in Caco-2 Zellen in Kultur unter Normalbedingungen und unter entzündungsinduziertem, chronischem ER-Stress untersucht werden. In letzterem Fall werden Caco-2 Zellen entweder in Gegenwart einer Mischung inflammatorischer Zytokine oder verschiedener Bakterienstämme kultiviert. Ca2+-Signalwege sollen darüber hinaus in frisch isolierten Darmzellen im Tiermodell einer Na-Dextransulfat-induzierten CU untersucht werden. Darüber hinaus zielt das Projekt auf den Einfluss von ER-Stress und Ca2+ auf die Faltung, den Transport und die Verteilung spezifischer Proteine des Bürstensaums und der baso-lateralen Membran ab. Der Abschluss dieses Projekts wird das Verständnis der CU-Komplexität erweitern und kann dazu beitragen, neue potentielle Zielstrukturen (Targets) wie ER-Chaperone und Ca2+-Modulatoren für neue Strategien in Kombinationstherapien im Menschen zu finden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemalige Antragstellerin: Privatdozentin Dr. Nahed EL-Najjar, Ph.D., bis 10/2023