Molekulare Analyse der Wirkung von Cytochalasanen auf Aktin und aktinbindende Proteine in situ und in vitro

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Klemens Rottner; Professorin Dr. Theresia Stradal
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie ; Biochemie ; Pharmakologie
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 582196148

Die Biologie eukaryontischer Zellen wird grundlegend von Zytoskelett-Dynamik beeinflusst, insbesondere von Aktinfilamenten und Mikrotubuli, die für Prozesse wie Proliferation, Zellteilung, Stoffwechsel, Adhäsion, Endozytose und intrazellulären Transport unerlässlich sind. Inhibitoren sind bei der Erforschung dieser Prozesse von entscheidender Bedeutung. Es ist daher von besonderem Interesse, die Mitglieder der Aktin-inhibierenden sekundären Pilzmetaboliten der Cytochalasan-Familie besser zu verstehen. Diese Erkenntnisse sind nicht nur von pharmakologischer Bedeutung, sondern tragen auch zur Entwicklung molekularer Werkzeuge für die Forschung bei. Die Polymerisation von Aktinfilamenten beginnt mit dem kinetisch ungünstigen Schritt der Nukleation, bei dem 3-4 Aktin-Monomere zu einem Nukleus zusammenkommen, der zu einem polarisierten Filament mit einem stumpfen (sich schnell verlängernden) und spitzen (langsamen) Ende heranwächst. Aktinpolymerisation ist streng reguliert und hauptsächlich durch Nukleatoren wie Arp2/3-Komplex und Formine auf bestimmte subzelluläre Orte beschränkt. Inhibitoren wie Latrunculine und Cytochalasane stören diese Dynamik, indem sie jeweils entweder Aktinmonomere sequestrieren oder die Filament-Elongation hemmen. Obwohl seit Jahrzehnten eingesetzt, fehlt eine umfassende Struktur-Funktions-Analyse der Cytochalasane, und wie Aktin und Aktin-bindende Proteine (ABPs) auf ihre Bindung reagieren. Alle Aktinstrukturen unterliegen einem kontinuierlichen Umsatz, bei dem Polymerisation und Depolymerisation im Gleichgewicht stehen. Dies bildet die Basis für die unterschiedlichen Effekte der verschiedenen Inhibitoren, die diese Prozesse stören. Cytochalasane, die aus einem Komplex von Polyketidsynthasen und nicht-ribosomalen Peptidsynthetasen produziert werden, sind bioaktive Hybridverbindungen aus Ascomyzeten. Sie beeinflussen die Aktindynamik höchstwahrscheinlich zumeist durch Bindung an das stumpfe Filamentende. Die Cytochalasine A, B, C und D wurden erstmals 1967 beschrieben und hemmen die Zytokinese (verursacht Multinukleation) und Zellmotilität. Die Tryptophan-haltigen Chaetoglobosine A-F lösen ebenfalls Multinukleation in Gewebekulturzellen aus und hemmen die Aktindynamik in vergleichbarem Ausmaß in vitro, zeigen aber diverse Effekte in vivo. Andere Cytochalasane, wie Aspochalasin D, binden gar kein Aktin in vitro. Das Verständnis solcher Unterschiede wird Aufschluss über die komplexen Wechselwirkungen von Aktinstrukturen und ihren regulatorischen Proteinen geben und Einblicke in zelluläre Funktionen und potenzielle therapeutische Anwendungen liefern. Der vorliegende Antrag befasst sich mit der detaillierten Analyse der Wirkungen von sowohl Aktin-bindenden als auch Nicht-Aktin-bindenden Cytochalasanen, ergänzt durch den Versuch, ihre jeweiligen Targets zu identifizieren. Die Analyse dieser Targets wird einhergehen mit der Differenzierung, welche von ihnen für die Zytotoxizität und die veränderte Aktin-Dynamik verantwortlich sind.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen