SPP 2416:  CodeChi - Chitin, Chitosan und Chito-Oligosaccharide und ihre Interaktion mit Proteinen der extrazellulären Matrix und zellulärer Signalwege

• Fachliche Zuordnung: Biologie ; Agrar-, Forstwissenschaften und Tiermedizin ; Chemie ; Materialwissenschaft und Werkstofftechnik ; Medizin
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 500927941

Chitin und Chitosan (C/CS) gehören zu den am häufigsten vorkommenden und vielseitigsten Biopolymeren der Natur und kommen als Strukturbausteine in zahlreichen extrazellulären Matrices vor. Die strukturellen Grundlagen, die der immensen Bandbreite unterschiedlicher physikalisch-mechanischer Eigenschaften dieser Materialien zugrunde liegen, sind derzeit nicht bekannt. Ebenso wenig sind die genauen Grundlagen zur Biosynthese sowie dem Auf- und Abbau dieser Materialien während der Morphogenese und im Kontakt mit anderen Organismen bekannt. Wir gehen davon aus, dass die molekulare Feinstruktur von C/CS (d.h. ihr Polymerisationsgrad und ihr Acetylierungsgrad und -muster), sowie ihre Wechselwirkungen mit verschiedenen Proteinen zu der Gesamtarchitektur der extrazellulären Matrix beiträgt und ihre Eigenschaften definiert. Zudem lösen C/CS-Bindungsrezeptoren des menschlichen, tierischen und pflanzlichen Immunsystems Abwehrreaktionen bei der Erkennung von enzymatisch produzierten Chito-Oligosacchariden (COS) aus. Wir sind davon überzeugt, dass die Feinstruktur des C/CS einen Code enthält, den wir «CodeChi» nennen, der von C/CS bindenden Proteinen in C/CS-haltigen Organismen und deren Wirten geschrieben, umgesetzt und interpretiert wird. Ziel des Schwerpunktprogramms 2416 ist es, CodeChi zu entschlüsseln, um die molekularen und biophysikalischen Prinzipien von C/CS-Funktionen in der Natur zu verstehen und dieses Wissen für die Herstellung von Funktionsmaterialien zu nutzen. Das Koordinationsprojekt ist dafür verantwortlich, das Erreichen der Gesamtziele des SPP2416 sicherzustellen, indem es eine effektive Zusammenarbeit zwischen den verschiedenen Disziplinen gewährleistet und die notwendige Infrastruktur für ein erfolgreiches Arbeiten bereitstellt. Es fungiert als zentrale Schnittstelle für die Verwaltung und Koordinierung des Forschungskonsortiums. Im Rahmen des Koordinierungsprojekts werden mehrere Plattformen für den wissenschaftlichen Austausch und die Vernetzung eingerichtet und gepflegt sowie Maßnahmen zur Gewährleistung der öffentlichen und internationalen Sichtbarkeit durchgeführt. Es wird insbesondere Nachwuchswissenschaftler*innen in ihrer frühen Karriere unterstützen, Instrumente zur Förderung der Chancengleichheit entwickeln und eine frauen- und familienfreundliche Politik umsetzen. Schließlich werden im Koordinationsprojekt drei Serviceprojekte verwaltet, die Expertise und Kapazitäten in folgenden für das Konsortium zentralen Bereichen bereitstellen: 1) Synthese und Strukturanalyse chemisch definierter COS; 2) Herstellung spezifischer C/CS und Analyse des Polymerisations- und Acetylierungsgrades sowie von Acetylierungsmustern; 3) Bestimmung kinetischer Parameter für die Bindung von Proteinen an kristallinen C/CS-Nanofasern und löslichen COS. Die Koordinationsstelle befindet sich am Department für Chemie-Biologie der Naturwissenschaftlich-Technischen Fakultät an der Universität Siegen und unterstützt den Koordinator bei seiner Arbeit.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Internationaler Bezug: Frankreich

Projekte

• Biogenese von Chitin-Matrizen auf verschiedenen Ebenen in Hefen und Insekten (Antragsteller Bertinetti, Ph.D., Luca ;  Mattei, Simone )
• Die Bedeutung von CodeChi hinsichtlich physikochemischer Eigenschaften und 3D Organisation der peritrophischen Matrix des Modell-Schädlingskäfers Tribolium castaneum (Antragsteller Merzendorfer, Hans )
• Die Rolle des Chitostrukturcodes bei der Kontrolle von Entzündungs- und Geweberegenerationsprozessen im Rahmen biomedizinischer Anwendungen (Antragstellerinnen / Antragsteller Gorzelanny, Christian ;  Osorio-Madrazo, Anayancy )
• Die Rolle von CodeChi und Chitin-assoziierten Proteinen bei den Zell-Zell-Interaktionen freilebender Protisten (Antragsteller Hess, Sebastian )
• Einzelmolekül-Visualisierung von Chitin/Chitosan-Strukturen und deren Protein-Interaktionen (Antragsteller Anggara, Kelvin )
• Entschlüsselung der molekularen Signalwege und der Codeχ-Spezifität des Stomataschlusses - von Modellpflanzen zu Nutzpflanzen (Antragsteller Böhmer, Maik )
• Entschlüsselung der von Xylella fastidiosa erzeugten Chitinsignaturen (Antragstellerin Robatzek, Silke )
• Erkennung von Chitinoligosacchariden durch Chitinase-ähnliche Proteine: Entschlüsselung des CodeChi auf atomistischer Ebene und seines Einflusses auf zelluläre Signaltransduktion (Antragsteller Cramer, Jonathan ;  Gohlke, Holger )
• Koordinationsfonds (Antragsteller Merzendorfer, Hans )
• Mesostrukturierte Chitosan-Verbundmembranen für die Rekonstruktion von Hornhautgewebe (Antragsteller Geerling, Gerd ;  Lang, Gregor )
• Prinzipien der extra- und interazellulären Immunerkennung von Chitin durch Pattern Recognition Receptors in Mammalia (Antragsteller Weber, Ph.D., Alexander )
• Struktur/Funktions-Beziehungen partiell acetylierter Chitosane - ChitoCode (Antragsteller Moerschbacher, Bruno )
• Verwendung von Chitosan-RNA-Protein Mikrogelen als RNA Transportplattform zur RNA-vermittelten Genmodulation in Pflanzen (Antragstellerinnen / Antragsteller Koch, Aline ;  Pich, Andrij )
• Von synthetischen Chitin-Oligomeren zu wohldefinierten, Chitin basierten Materialien (Antragstellerin Delbianco, Martina )
• Zeitlicher Aufbau der Chitin/Chitosan-Matrix bei Insekten (Antragsteller Gorb, Stanislav N. ;  Lehmann, Fritz-Olaf ;  Moussian, Bernard )

• Sprecher: Professor Dr. Hans Merzendorfer