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Projekt
Biogenese von Chitin-Matrizen auf verschiedenen Ebenen in Hefen und Insekten
Antragsteller
Dr. Luca Bertinetti, Ph.D.; Dr. Simone Mattei
Fachliche Zuordnung
Strukturbiologie
Förderung
Förderung seit 2023
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 525894472
Komplexe Kohlenhydrate sind wichtige Biopolymere, die in allen Lebensbereichen eine Vielzahl verschiedener biochemischer und struktureller Funktionen erfüllen. Chitin ist eines der beiden am häufigsten vorkommenden Biopolymere und ein wesentliches Polymer in den Zellwänden von Pilzen und dem Exoskelett von Arthropoden, dem größten und vielfältigsten Tierstamm. Chitin ist ein lineares Polysaccharid aus N-Acetylglucosamin (GlcNAc, Chitin) und neigt dazu, sich zu halbkristallinen fibrillären Strukturen zu assoziieren, die mit anderen Polymeren zu spezialisierten Biomaterialien verbunden werden können. Chitin kommt in verschiedenen Organismen in seiner alpha- oder beta-Allomorphform vor, bei der die Polymerketten antiparallel bzw. parallel angeordnet sind, was zu Materialien mit unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften führt. Darüber hinaus wird das Chitinpolymer nach der Synthese durch Chitindeacetylasen und Chitinasen in essenziellen Prozessen verändert, die für den weiteren Aufbau entscheidend sind. Trotz langjähriger Studien sind die molekularen und zellulären Wege, die zum Aufbau der Zellwand oder der Kutikula (apikale extrazelluläre Matrix) führen, noch immer unbekannt. Wir wollen die Chitin-Biosynthese und -Organisation auf molekularer und mechanistischer Ebene in zwei der wichtigsten chitinproduzierenden Gruppen (Hefe und Insekten) skalenübergreifend charakterisieren. Hierfür werden wir (1) die molekulare Struktur der Chitin-Synthase (CHS) von Hefe und Insekten und ihren Chitin-Syntheseweg in einem heterologen System mit Hilfe von Kryo-Elektronenmikroskopie und zellulärer Tomographie bestimmen. (2) Bestimmung der Dynamik von CHS in vivo in Insektenzellen und -geweben mit Hilfe von superauflösenden Live-Imaging-Methoden. (3) Bestimmung des zellulären Weges der Chitin-Protein-Faser-Koassemblierung und -Orientierung unter Verwendung von Volumenbildgebung mit Nanometer-Auflösung. (4) Etablierung methodischer Arbeitsabläufe, die die Bestimmung der molekularen Struktur der Chitinsynthase und des Zusammenbaus in situ ermöglichen, unter Verwendung von fokussierter Ionenstrahl-/Rasterelektronenmikroskopie und Kryo-Elektronentomographie. Das Projekt kombiniert die Methodenentwicklung für modernste Kryo-Elektronentomographie und korrelative Licht- und Elektronenmikroskopie als eines der Hauptziele des SPP 2416 "Analyzing and utilizing CodeChi" und strebt gleichzeitig ein besseres Verständnis der grundlegenden Prozesse des Schreibens und der Umsetzung von CodeChi an. Da Chitin beim Menschen nicht vorkommt und für viele Krankheitserreger physiologisch essentiell ist, stellen Chitinbiosynthese und -aufbau attraktive Ziele für die Entwicklung neuer Pestizide und antimikrobieller Wirkstoffe dar. Die Bestimmung der molekularen und mechanistischen Grundlagen, die den verschiedenen Modi des Chitinfaseraufbaus zugrunde liegen, wird die molekulare Basis für eine gezielte Bekämpfung dieser Achillesferse bei der Entwicklung vieler Krankheitserreger liefern.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
Mitverantwortlich(e)
Professorin Dr. Yael Politi, Ph.D.
