Der zyklische Auf- und Abbau von Keratinfilamenten

• Antragsteller: Professor Dr. Rudolf E. Leube; Dr. Reinhard Windoffer
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 196052332

Keratin-Intermediärfilamente sind Hauptbestandteile des epithelialen Zytoskeletts. Ihre Aufgabe als Ordnungselemente subzellulärer Kompartimente und Räume hat zentrale Bedeutung für die verschiedenen Funktionen von Epithelien, die einen hohen Grad an Plastizität des Keratin-Netzwerks bedingen. Wir haben einen kontinuierlichen Zyklus von Auf- und Abbau des Keratinfilament-Netzwerks postuliert, der die schnelle und präzise Adaptation des Netzwerks an die verschiedenen epithelialen Aufgaben und Funktionszustände ermöglicht. Das Ziel der ersten Projektphase war die Etablierung und die Anwendung von spezialisierten Methoden, um unser Konzept des Keratin-Zyklus zu bestätigen bzw. zu widerlegen und die postulierten Aspekte des Zyklus quantitativ darzustellen. Unsere Experimente, in denen wir Fluoreszenz-markierte Keratine beobachtet haben, wiesen den vorgeschlagenen Keratin-Zyklus nach. Sie erlaubten zudem quantitative Bestimmungen von Eigenschaften des Keratin-Netzwerks, der Geschwindigkeit der Keratin-Bewegung und des lokalen Keratin-"Turnover". Wir konnten zeigen, dass die neu entwickelten Methoden in der Lage sind, geringe Veränderungen des Keratin-Zyklus nachzuweisen. So fanden wir heraus, dass der Keratin-Zyklus beeinflusst wird durch die Zeit nach Ausplattieren der Zellen, Zugabe von Wachstumsfaktoren, Zellmigration, Keratin-Phosphorylierung, Herunterregulierung von zytoskelettalen "Cross Linkern" und der Substratsteifigkeit.In der zweiten Projektphase wollen wir nun die erfolgte Erfassung des Keratin-Zyklus mit einem molekularen Verständnis verknüpfen. Um dies zu erreichen, wollen wir (i) Methoden und Werkzeuge weiter entwickeln, um den Keratin-Zyklus und seine molekularen Komponenten gezielt zu verfolgen und zu manipulieren, (ii) uns vor allen Dingen auf die Identifizierung und Charakterisierung von molekularen Motoren konzentrieren, die die Keratin-Bewegung bewirken und die Spannung des Keratin-Netzwerks verursachen und (iii) Modulatoren des Keratin-Zyklus untersuchen, die wir in genetischen Screens identifizieren. Wir werden die neu entwickelten Aufnahmebedingungen und Bildanalyseverfahren einsetzen, um an hoch auflösenden Bildsätzen von verbesserten fluoreszierenden "Reporter"-Zelllinien systematisch die Konsequenzen zu analysieren, die sich durch die Herunterregulierung von Motorproteinen und anderen Modulatoren des Keratin-Zyklus für die Keratin-Netzwerk-Architektonik, Keratin-Dynamik und Keratin-Funktion ergeben. Die Konsequenzen für epitheliale Eigenschaften, insbesondere Migration, zelluläre Viskoelastizität und Steifigkeit, Proliferation und Stressantwort sollen mit diesen Befunden korreliert werden.Unser Langzeitziel ist es, die molekularen Mechanismen der Keratin-Netzwerk-Plastizität im Zusammenhang epithelialer Pathophysiologie zu verstehen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen