Strukturelle und dynamische Analyse des intrazellulären Transports von ziliären Proteinen

• Antragstellerin: Dr. Lara Melanie Hoepfner
• Fachliche Zuordnung: Strukturbiologie ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 576083464

Zilien sind evolutionär konservierte, mikrotubuli-basierte Zellfortsätze, die als zelluläre Antennen und/oder Bewegungsgeneratoren fungieren und essenzielle Funktionen in verschiedensten Geweben übernehmen. Die Entstehung von Zilien erfordert einen koordinierten Transport und die zielgerichtete Lieferung ziliärer Proteine von ihrem intrazellulären Ursprungsort zur Zilienbasis. Auf diesem Weg werden ziliäre Membranproteine und Matrixproteine im trans-Golgi-Netzwerk in umhüllte, ziliengerichtete Vesikel sortiert, die anschließend zum periziliären Kompartiment transportiert werden. Trotz bedeutender Fortschritte in den letzten Jahren bestehen weiterhin zentrale Herausforderungen bei der vollständigen Aufklärung der molekularen Mechanismen, beteiligten Komponenten und der strukturellen Organisation an der Oberfläche intrazellulärer Vesikel, die die Ziliogenese regulieren und ermöglichen. Das vorgeschlagene Projekt zielt darauf ab, die dynamische Transportmaschinerie, Zusammensetzung und strukturelle Organisation zilienbestimmter intrazellulärer Vesikel in der ziliierten Mikroalge Chlamydomonas reinhardtii zu untersuchen - einem idealen Modellorganismus aufgrund seines synchronisierbaren Deziliations-/Regenerationszyklus und der strukturellen Ähnlichkeit seiner Zilien zu menschlichen Zilien. Im Rahmen dieser Arbeit soll zunächst die raum-zeitliche Dynamik des Markerproteins FMG1 - des Hauptmembranproteins der Zilien von C. reinhardtii - vom Golgi zur Zilie während der Regeneration untersucht werden, um kritische Übergangspunkte und geschwindigkeitslimitierende Schritte entlang des Transportweges zu identifizieren. Darüber hinaus sollen transiente intrazelluläre Interaktionspartner von FMG1 sowie co-transportierte ziliäre Proteine während der Zilienregeneration charakterisiert werden. Ziel ist es, eine umfassende Interaktionskarte zu erstellen, die aufzeigt, wie die Zelle die Lieferung der für den Zilienaufbau benötigten Bausteine organisiert und koordiniert. Abschließend wird die detaillierte strukturelle Architektur der ziliären Transportvesikel untersucht, wobei besonderes Augenmerk auf die Organisation der Frachtproteine, intrazelluläre Wechselwirkungen und strukturelle Veränderungen im Verlauf des Transports gelegt wird. Das Verständnis der Prozesse der Proteinlieferung an die Zilie ist von zentraler Bedeutung, da Defekte in der Ziliogenese ursächlich für die Entstehung von Ziliopathien sind. Diese Arbeit könnte zentrale molekulare Akteure und Interaktionsstellen identifizieren, die für die präzise Zielsteuerung und Lieferung ziliärer Proteine erforderlich sind, und somit potenziell den Weg zu therapeutischen Strategien zur Behandlung von ziliogenese-assoziierten genetischen Erkrankungen ebnen.

• DFG-Verfahren: WBP Stipendium
• Internationaler Bezug: Italien
• Gastgeberin: Dr. Gaia Pigino