Untersuchung zur Sensor- und Transmitterfunktion der Atemwegsbürstenzellen

• Antragstellerin: Professorin Dr. Gabriela Krasteva-Christ
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie ; Nuklearmedizin, Strahlentherapie, Strahlenbiologie ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung seit 2012
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 233179133

Im vorangegangenen DFG-Vorhaben konnten wir zum ersten Mal chemosensorische Zellen in zahlreichen Organen nachweisen und charakterisieren. Für die trachealen Bürstenzellen konnten wir zeigen, dass sie sich maßgeblich an der Erkennung des Mikromilieus in den Atemwegen beteiligen. Eine Stimulation der Bürstenzellen mit bakteriellen bzw. bitter schmeckenden Substanzen bewirkte eine direkte Ausschüttung von ACh, die lokal zu einer akuten Aktivierung der angeborenen Immunität führte – eine Steigerung der mukoziliären Clearance und Entstehung neurogener Entzündung. Dennoch sind einige Fragen ungeklärt. Auf diese möchten wir uns im Folgeprojekt fokussieren:I. Die Art der Signalübertragung von Bürstenzellen an sensorischen Nervenfasern: Synapse vs. Volumentransmission. Erhalten Bürstenzellen einen direkten Input aus dem Nervensystem?II. Ursprung von Bürstenzellen und ihre Turnover-Rate III. Vorkommen von Bürstenzellen beim MenschenFür die Charakterisierung der Verbindung zwischen Bürstenzellen und sensorischen Nervenendigungen möchten wir modifizierte, pseudotypisierte Rabies-Viren (retrograde Infektion) und modifizierte vesikuläre Stomatitis Viren (VSV, anterograde Infektion) nutzen. Funktionell wird die Aktivierung von Bürstenzellen und die Transmission auf die Nervenfasern in vivo an TRPM5-GCaMP- und Pirt-GCaMP3-Mäusen mittels 2P-Mikroskopie Ca2+-Imaging untersucht. Die Kontrollversuche werden an Pirt-GCaMP3/TRPM5-DTA Mäusen, in denen die Bürstenzellen fehlen, und an TRPM5-DREADD Mäusen, in denen alle Trachealbürstenzellen aktiviert sind, durchgeführt. Für die Untersuchung der Fragestellung über die Herkunft von Bürstenzellen, werden wir spezifisch die Trachealbürstenzellen im TRPM5-DTR-tauGFP-Mausstamm depletieren. Die Anzahl der neuentstandenen Bürstenzellen wird an Tag 1, 3, 7, 14 und 21 quantifiziert. An den jeweiligen Zeitpunkten wird von allen Zellen eine kombinierte Einzelzell-RNA-Sequenzierung in Kooperation mit Dr. A.-E. Saliba (HIRI, Würzburg) durchgeführt. Alle Zeitpunkte werden als Duplikate mit insgesamt ca. 1500 Zellen/Zeitpunkt untersucht. Die bioinformatische Auswertung wird mit Seurat durchgeführt, um die Zellen zu clustern. Um die Entwicklung von Bürstenzellen zeitlich zu verfolgen, werden die Daten integriert und der Entwicklungsweg wird mittels zeitlich-auflösender, computergestützter Analyse abgeleitet. Als nächstes werden wir die neu entstandenen Bürstenzellen funktionell untersuchen. Als Nachweis wird uns ihre Fähigkeit, ACh freizusetzen, dienen. Letztlich werden wir das Vorkommen von Bürstenzellen und Komponenten der Geschmackstransduktionskaskade in allen Abschnitten des respiratorischen Trakts beim erwachsenen Menschen systematisch untersuchen. Die hier zu erwartenden Erkenntnisse sind für das Verständnis der Wahrnehmung und der Protektion vor Infekten in den Atemwegen hinsichtlich der Suche nach neuen therapeutischen Targets bei Lungenentzündung wegweisend und von hoher Relevanz.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Antoine-Emmanuel Saliba