Molekulare und dynamische Regulierung der Clathrin/AP-1/ARF-1-Sortiermaschinerie während der polarisierten Sortierung in Epithelzellen

• Antragstellerin: Professorin Francesca Bottanelli, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 546727791

Zellpolarität ist ein entscheidendes Merkmal vieler Zellen in unserem Körper. In Epithelzellen hängen Etablierung und Aufrechterhaltung dieser Polarität von verschiedenen miteinander verknüpften Transportmechanismen ab, die zuverlässig Transport von Signalrezeptoren und Membranproteinen an die apikale oder basolaterale Plasmamembran gewährleisten. Der Clathrin-Komplex (bestehend aus den Proteinen der schweren Clathrin-Kette (CHC) und der leichten Clathrin-Kette (CLC)) und der Adaptor-Protein-Komplex AP-1 sind hauptverantwortlich für korrekte, polarisierte Sortierung von Proteinen. Während AP-1 für die Auswahl der Fracht für die basolaterale Sortierung vermittelt, ist es bis heute unklar, welche Rolle Clathrin einnimmt, um Trafficking in Richtung der apikalen und basolateralen Domäne räumlich zu koordinieren. Massenspektrometrische und funktionelle Daten aus Knock-out (KO)-Zelllinien, die in unseren Laboren generiert wurden, haben CLCs als Schlüsselkomponente für die Sortierrichtung (apikal vs. basolateral) von Proteinen identifiziert. Darüber hinaus konnten wir in lebenden Zellen mit Hilfe von superauflösender stimulierter Emissionsdepletions (STED) Mikroskopie neuartige tubuläre Sortierkompartimente identifizieren, die durch die kleine GTPase ARF1 definiert werden und Nanodomänen von CLC und AP-1 besitzen. Diese Kompartimente bilden die Schnittstelle zwischen endozytärem und exozytärem Transport. Hier haben wir das Fachwissen zweier Forschungsteams (Bottanelli und Boulant) vereint, um ein multidisziplinäres Projekt im Rahmen der NSF-DFG-Finanzierungsmöglichkeit auf die Beine zu stellen. Wir schlagen vor, die Rolle der neuentdeckten tubulären Kompartimente bezüglich der Regulierung von polarisierter Sortierung zu untersuchen. Wir stellen die Hypothese auf, dass die Ladungssortierung in Epithelzellen in diesen apikalen tubulären ARF1-Kompartimenten stattfindet, und dass CLCs die Richtung für die Sortierung in tubulären und/oder vesikulären Trägern in Richtung der apikalen oder basolateralen Membranen vorgeben. Um diese Hypothese zu testen, werden wir biochemische und gentechnische Verfahren (CRISPR-Cas9 KOs und endogenes Tagging) mit konfokaler Live-Cell- und STED-Mikroskopie und Trafficking-Experimenten kombinieren um 1) die Mechanismen aufzuklären, durch die CLCs und AP-1 die polarisierte Sortierung vermitteln, und 2) die Dynamik von CLC-abhängigen tubulären Trägern während der polarisierten Sortierung zu untersuchen. Unser Vorschlag verspricht, die Mechanismen der polarisierten Proteinsortierung in Epithelzellen zu entschlüsseln. Da ein Defekt/Verlust der Zellpolarität mit zahlreichen Krankheiten in Verbindung gebracht wird und ein Kennzeichen der epithelial-mesenchymalen Transition (EMT) ist, wird uns das Verständnis der Polarisierungsprozesse neue Möglichkeiten zur Entwicklung besserer therapeutischer Ansätze bieten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: USA
• Partnerorganisation: National Science Foundation (NSF)
• Kooperationspartner: Professor Dr. Steeve Boulant