Mechanismen und Regulationen von Nukleotid-Signalwegen beim Menschen

• Antragstellerin: Dr. Indra Bekere
• Fachliche Zuordnung: Biochemie ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 526258235

Der cGAS (cyclic GMP-AMP-Synthase) - STING (stimulator of interferon genes)-Signalweg ist ein kürzlich entdeckter dsDNA-Sensor, der zelluläre Reaktionen wie Interferonproduktion und Entzündungen sowie Autophagie und Zelltod aktiviert. cGAS ist eine Nukleotidyltransferase (NTase), die durch Bindung an dsDNA, z. B. von Krankheitserregern und geschädigten Zellen, aktiviert wird und einen zyklischen Dinukleotid (CDN)-Botenstoff, 2'-5'/3'-5' zyklisches GMP-AMP (cGAMP), synthetisiert. In den letzten Jahren wurde deutlich, dass eine aberrante cGAS-STING-Signalisierung autoinflammatorische und Autoimmunerkrankungen verursacht. Gleichzeitig ist der cGAS-STING Signalweg in der Krebsimmuntherapie von Nutzen, und cGAMP-Analoga werden als therapeutische Mittel entwickelt. Allerdings sind die Mechanismen, die den cGAMP-Spiegel in den Zellen regulieren, bisher unbekannt. Zudem sind Phosphodiesterasen, die intrazelluläre CDNs spalten, in allen Spezies weit verbreitet, aber im Menschen wurden noch nicht ähnlichen Enzyme entdeckt. Mein Ziel ist es daher, eine intrazelluläre cGAMP-Phosphodiesterase mit Hilfe der Massenspektrometrie gekoppelt mit einem zellulären Thermo-Shift-Assay (MS-CETSA) zu identifizieren. Außerdem möchte ich die cGAMP-Phosphodiesterase biochemisch charakterisieren und herausfinden, wie diese Phosphodiesterase reguliert wird und wie sie die cGAS-STING-Signalübertragung in Zellen beeinflusst. cGAMP ist das einzige bekannte CDN beim Menschen, wohingegen Bakterien über eine große strukturelle und funktionelle Vielfalt an Nukleotiden verfügen. Das deutet darauf hin, dass es beim Menschen noch unentdeckte zyklische Nukleotid-Signalwege gibt. Mein Ziel ist es hier, neue Nukleotid-Second-Messenger im Menschen zu entdecken und zelluläre Akteure zu identifizieren, die an diesen Nukleotid-Signalwegen beteiligt sind. Dafür werde ich verschiedene Zelltypen mit einer einzigartigen Nukleotidbibliothek behandeln und die Induktion der Signalübertragung mit verschiedenen zellulären Assays überprüfen. Potenzielle Enzyme, die neuartige Nukleotidsignale synthetisieren, könnten die cGAS-ähnlichen Mab21-NTasen sein, deren zelluläre Funktion, katalytische Aktivität, aktivierende Liganden und nukleotidbasierte Produkte bisher nicht charakterisiert sind, die aber in genetischen Krankheiten und Krebs involviert sind. Daher möchte ich die zelluläre Funktion der Mab21-NTasen herausfinden und feststellen, ob sie aktiv sind und Nukleotid-basierte Produkte wie cGAS herstellen. Dafür werde ich den zellulären Phänotyp nach Knockout oder Überexpression der NTase analysieren und die NTase-Liganden und Nukleotidprodukte biochemisch charakterisieren. Insgesamt besteht das Ziel meines Vorschlags darin, unser Wissen über Nukleotid-Signalwege beim Menschen zu erweitern, indem Mechanismen aufgedeckt werden, die cGAMP in Zellen direkt regulieren, und indem neue Nukleotid-Signalwege und die Funktion der cGAS-ähnlichen Mab21-NTasen identifiziert werden.

• DFG-Verfahren: WBP Stelle