Differenzierung der Telomer-unabhängigen Funktionen von nukleärer und mitochondrieller Telomerase Reverse Transkriptase ex vivo und in vivo

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Joachim Altschmied; Professorin Dr. Judith Haendeler
• Fachliche Zuordnung: Herz- und Gefäßchirurgie ; Gerontobiologie und Geriatrie
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 226386019

Das Enzym Telomerase nimmt eine zentrale Rolle in Alterungsprozessen ein. Eine essentielle Komponente des Holoenzyms ist seine katalytische Untereinheit Telomerase Reverse Transkriptase (TERT). Diese hat neben ihrer Aufgabe in der Telomererhaltung nicht-telomerische Funktionen, auch außerhalb des Zellkerns. So konnten wir nachweisen, dass TERT unter physiologischen Bedingungen im Zellkern und in den Mitochondrien vorkommt und sowohl nukleäre als auch mitochondrielle TERT einen Schutz vor Apoptose vermitteln. Daneben ist TERT für die Aktivität der Atmungskette wesentlich. Zudem scheint TERT auch an der Reduktion zellulärer reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) beteiligt zu sein, von denen bekannt ist, dass ihre Menge während Alterungsprozessen ansteigt. In Modellen zum Einfluss körperlicher Aktivität auf Alterungsprozesse konnten wir zeigen, dass TERT Telomer-unabhängig Seneszenz unterdrücken kann. Ein Manko aller bisherigen Untersuchungen ist, dass so gut wie alle Zelltypen endogene TERT exprimieren und dass in den in vivo Studien komplett TERT-defiziente Tiere und Gewebe analysiert wurden, was es unmöglich macht zwischen den Funktionen von TERT im Zellkern und in den Mitochondrien zu unterscheiden. Ziel der projektierten Arbeiten ist es, erstmals zwischen nukleären und mitochondrialen Funktionen von TERT ex vivo und in vivo zu differenzieren. Dazu werden zum Einen Primärzellen des kardiovaskulären Systems aus TERT-defizienten Tieren und daraus abgeleitete Zelllinien mit Transgenen versehen, die TERT-Fusionsproteine exprimieren, welche exklusiv in den Zellkern oder die Mitochondrien transportiert werden. Diese Zellen werden Stimuli, die als Risikofaktoren für kardiovaskuläre Erkrankungen bekannt sind, ausgesetzt, um bestimmen zu können, welchen Einfluss TERT in den unterschiedlichen Zellkompartimenten auf Mitochondrienfunktion und ROS-Produktion sowie den Schutz vor Apoptose und Seneszenz hat. Für die in vivo Untersuchungen haben wir transgene Mäuse generiert, die dieselben TERT-Fusionsproteine ubiquitär exprimieren und werden diese mit TERT-defizienten Tieren rückkreuzen, um Mäuse zu erhalten, die das TERT-Protein exklusiv im Zellkern oder den Mitochondrien enthalten. Dabei wird durch die Verpaarungsstrategie vermieden, dass Alterungsphänomene durch Telomererosion auftreten, um so die Telomer-unabhängigen TERT-Funktionen untersuchen zu können. Eine Phänotypisierung dieser Mäuse auf Ganztier- und Organ-Niveau im Vergleich mit TERT-defizienten und wildtyp Kontrolltieren soll dann zeigen, welche Funktionen mitochondrielle und nukleäre TERT in Alterungsprozessen haben. Zudem sollen Regenerationsprozesse, die im Altern kompromittiert sind, und der Einfluss Organell-spezifische exprimierter TERT auf die positiven "anti-aging"-Effekte körperlicher Aktivität untersucht werden. Die in diesem Projekt erhobenen Befunde werden erstmals bisher unbekannte Facetten Telomer-unabhängiger TERT Funktionen im Zellkern und in den Mitochondrien aufdecken.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Beteiligte Personen: Professor Dr. Axel Gödecke; Professor Dr. Christian Heiß; Professor Dr. Malte Kelm; Professor Dr. Ulrich Laufs; Professor Dr. Tienush Rassaf; Professorin Anja Sterner-Kock, Ph.D.