Die Rolle von ARL13B in der Kontrolle der ziliaren cAMP-Signalübertragung

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. David Mick; Professorin Dr. Dagmar Wachten
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 513767027

Zelluläre Kommunikation ist von entscheidender Bedeutung für die Zelldifferenzierung, die Gewebeentwicklung und -funktion. Chemische und Protein-basierte Signale sind wichtige Signalmoleküle für die Zellkommunikation. Eine Ausstülpung der Zellmembran, das so genannte primäre Zilium, wurde als zelluläre Antenne identifiziert, die extrazelluläre Signale empfängt und diese Informationen in den Zellkörper weiterleitet. Die größte Herausforderung beim Verständnis der Art und Weise, wie Zilien Signale aus der Umgebung empfangen, besteht darin, dass die sehr kleinen Zilien funktionell oder physisch schwer zu isolieren sind und es so schwierig ist zu analysieren, was im Zilium im Vergleich zum Zellkörper geschieht. Durch die genetische Ablation der Zilien wird die gesamte ziliare Signalübertragung inhibiert, so dass es unmöglich ist, die zilienspezifischen Signalwege zu entschlüsseln. Zyklisches AMP (cAMP) ist ein zentraler Botenstoff für die ziliäre Signalübertragung. Es ist jedoch nicht bekannt, wie die Zelle zwischen ziliären und zytoplasmatischen cAMP-Signalen unterscheidet und welche Signalwege spezifisch durch ziliäre cAMP-Signale aktiviert werden. Die Arbeitsgruppen von Wachten und Mick konnten kürzlich zeigen, dass eine chronische Stimulation ziliärer cAMP-Signalwege die dreidimensionale Organisation von Epithelzellen steuert. Jüngste Daten aus dem Caspary-Labor zeigen, dass der Verlust von ARL13B durch Einführung einer Mutation, die den Transport von ARL13B zum Zilium hemmt, auf zellulärer Ebene auffallende Ähnlichkeiten mit der chronischen Stimulation von ziliären cAMP-Signalwegen aufweist. Hier stellen wir die Hypothese auf, dass ARL13B im Zilium das ziliäre cAMP-Kompartiment definiert und dass der Verlust von ARL13B im Zilium die ziliäre cAMP-Konzentration erhöht und im Gegenzug die Polarität und Morphologie der Epithelzellen verändert. Um diese Hypothese zu testen, werden wir genetisch-kodierte Biosensoren und optogenetische Werkzeuge in genetisch veränderte Nierenepithelzellen einbringen und dies mit ‚spatial proteomics‘ im Zilium kombinieren, um zu entschlüsseln, wie ARL13B die ziliäre cAMP-Signalübertragung und die Umgestaltung der Epithelzellen steuert. Die Ergebnisse unserer Arbeit werden dazu beitragen, kompartmentalisierte Signalwege in primären Zilien zu verstehen und zu identifizieren, wie diese die zelluläre Signalübertragung und -funktion steuern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: USA
• Partnerorganisation: National Science Foundation (NSF)
• Kooperationspartnerin: Professorin Dr. Tamara Caspary