Identifizierung der essentiellen exozytotischen Maschinerie für die Surfaktant-Sekretion in alveolären Epithelzellen vom Typ II

• Antragsteller: Professor Dr. Manfred Frick
• Fachliche Zuordnung: Anatomie und Physiologie ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung seit 2010
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 175083951

Die regulierte Sekretion von Surfaktant in den Alveolen der Lunge ist wesentlich für die Lungenfunktion. Eine fehlerhafte Sekretion führt zu schweren Erkrankungen. Die selektive Modulation der Surfaktant-Sekretion bietet daher Potenzial zur Behandlung von Lungenerkrankungen. Die selektive Modulation erfordert jedoch ein detailliertes Verständnis der zugrunde liegenden sekretorischen Mechanismen. Surfaktant wird durch Exozytose von intrazellulären Speichervesikeln, den Lamellar Bodies (LBs), sezerniert. Die Exozytose, ein konservierter Mechanismus in eukaryotischen Zellen, umfasst mehrere Stadien. Während der Prä-fusionsphase kommt es zum Transport und zum Andocken der Vesikel an die Plasmamembran (PM). Die Vesikel Verschmelzen mit der PM und eine Fusionspore öffnet sich. Nach der Fusion (während der Postfusionsphase) werden die Vesikelinhalte freigesetzt. Die Sekretion kann in allen Stadien reguliert werden. In den letzten Jahren haben wir komplexe Regulationsmechanismen entschlüsselt, welcher die effiziente Surfaktant-Sekretion während der Postfusionsphase ermöglichen. Jetzt wollen wir die essentielle exozytotische Maschinerie entschlüsseln, die die LB-Fusion während der Präfusionsphase reguliert. Diese Faktoren bestimmen die Anzahl und Kinetik von LB-Fusionsereignissen und steuern direkt die Menge an sezerniertem Surfaktant. In sekretorischen Zellen wird die Fusion letztlich von SNARE-Proteine (Solution N-Ethylmaleimid-Sensitive Factor Attachment Protein Receptor) katalysiert. Spezifische SNARE Proteine an der Zielmembran befestigten Helices (t-SNAREs, d. h. Syntaxine und SNAP-Proteine) und an der Vesikelmembran (v-SNARE, d. h. VAMP-Proteine) verleihen der Fusionsreaktion Genauigkeit und Direktionalität. Diese können als Kern der exozytotischen Maschinerie angesehen werden. Der SNARE-Komplex liefert die Energie zum Verschmelzen der Lipidmembranen. Zusätzlich vermitteln regulatorische Faktoren, einschließlich Synaptotagmin und Complexin, das Andocken und die Ca2+-abhängige Fusion. Wir haben kürzlich gezeigt, dass eine detaillierte zellspezifische Charakterisierung der Sekretionsmaschinerie die rationale Entwicklung therapeutischer Wirkstoffe ermöglicht. Wir konnten selektiv die übermäßige, obstruktive Mukussekretion in entzündeten Atemwegen hemmen, ohne die physiologisch erforderliche basale Sekretion zu beeinträchtigen. Die exozytotische Maschinerie der Surfaktant-Sekretion, insbesondere ihre funktionelle Charakterisierung, ist jedoch größtenteils rätselhaft. Im Rahmen dieses Projekts wollen wir diese identifizieren und unser Verständnis der regulierten Surfaktant Sekretion erweitern. Wir wollen die unmittelbare regulatorische exozytotische Maschinerie, die für die LB-Fusion mit der PM notwendig ist, identifizieren, ihre funktionelle Regulation untersuchen und insbesonders die potenzielle regulatorische Rolle von Ca2+ für die Sekretion entschlüsseln. Ähnlich wie es bereits für die Mukussekretion erreicht wurde.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen