Funktionelle Charakterisierung von Ionenkanälen in primären Zilien und deren Einfluss auf die embryonale Links-Rechts-Achsen Spezifikation

• Antragstellerin: Dr. Nadine Mundt
• Fachliche Zuordnung: Anatomie und Physiologie ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 520195806

Primäre Zilien sind unbewegliche, röhrenförmige Strukturen, die sich an der Oberfläche aller Säugetierzellen befinden und als zelluläre Antenne fungieren. Obwohl sie ubiquitär exprimiert werden, sind primäre Zilien besonders wichtig während der frühen Embryogenese. Unser grundlegender Körperplan beruht auf asymmetrisch angeordneten Organen entlang der zentralen Links-Rechts-Achse. Die Schlüsselstruktur für die Bildung der Links-Rechts-Asymmetrie während der Embryogenese ist der embryonale Knoten, eine vorübergehend ausgebildete, ovalförmige Mulde. Der embryonale Knoten ist mit beweglichen Zilien in der Vertiefung ausgestattet, welche von 20-30 primären Zilien entlang des äußeren Randes umgeben sind. Es ist nach wie vor eine grundlegende ungelöste Frage in der Physiologie, wie die anfängliche Symmetrie des Organismus im Knoten gebrochen. Unerwarteterweise scheinen Polycystin-Ionenkanäle (PC1-L1/PC2) in primären Zilien der wichtigste Signalkomplex zu sein, der zu asymmetrischer Genexpression führt Das "Zwei-Zilien-Modell" postuliert, dass bewegliche Zilien in der Mulde einen nach links gerichteten Flüssigkeitsstrom erzeugen, der von primären Zilien in der Peripherie des Knotens durch einen unbekannten Polcystin-abhängigen Mechanismus "wahrgenommen" wird. Wie kann ein Kationeneinstrom in das primäre Zilium die Genexpression steuern, und wie werden die Polycystinkanäle reguliert? Welche "Asymmetrie-Signale" nehmen die Polycystinkanäle innerhalb des Knotens wahr? Diese grundlegenden Fragen sollen in diesem Antrag untersucht werden. Wir wollen diese Fragen lösen, indem wir 1) einen funktionellen Zell-Assay entwickeln, in welchem der Polycystinkomplex in die Plasmamembran von Säugetierzellen integriert wird. Dieses Teilprojekt stellt einen Hochdurchsatz-Ansatz zur Charakterisierung der biophysikalischen Eigenschaften und der Aktivierungsmechanismen von PC1-L1/PC2 dar. 2) In diesem Teilprojekt werde ich nach in vivo PC1-L1/PC2-Strömen des embryonalen Knotens suchen und die Kanalaktivität auf beiden Seiten des Knotens vor und nach Einsetzen des Flüssigkeitsstroms vergleichen. In vivo Elektrophysiologie an primären Zilien des embryonalen Knotens wurde bereits von mir etabliert. Mögliche Liganden, die in Teilprojekt 1 identifiziert wurden, sollen schließlich an endogenen Polycystinkanälen getestet werden. 3) In Teilprojekt 3 soll die Kausalität zwischen ziliärem Ca2+ und asymmetrischer Genexpression im embryonalen Knoten bestimmt werden. Strömungsinduzierte und PC2-abhängige Ca2+-Signale sind im embryonalen Knoten bereits bekannt. Die Abhängigkeit der asymmetrischen Genexpression und der korrekten Links-Rechts-Achse von ziliärem Ca2+ wurde bisher jedoch nicht erwiesen. Daher werden wir einen neu entwickelten chemogenetischen Ansatz verwenden, um die Auswirkungen von selektiv hochreguliertem ziliärem Ca2+ im embryonalen Knoten während der Embryogenese zu untersuchen.

• DFG-Verfahren: WBP Stipendium
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Dr. Markus Delling