Struktur-Funktions Beziehungen Membranporen-bildender FGF2 Oligomere - eine Einzelmolekül-Analyse

• Antragsteller: Professor Dr. Walter Nickel
• Fachliche Zuordnung: Biochemie ; Biophysik ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 246506239

Fibroblast Growth Factor 2 (FGF2) ist ein potenter Aktivator der Tumor-induzierten Angiogenese und darüber hinaus ein Survival Factor, der über einen autokrinen Signaltransduktions-Mechanismus die Viabilität von Tumorzellen erhöht. Diese biologischen Funktionen erfordern die Freisetzung von FGF2 in den extrazellulären Raum, die über einen unkonventionellen Sekretionsmechanismus vermittelt wird. Im Vergleich zum klassischen, ER/Golgi-unabhängigen Sekretionsweg wird FGF2 nicht über intrazelluläre Vesikel in den extrazellulären Raum transportiert. Stattdessen wurde gezeigt, dass FGF2 die Fähigkeit zur direkten Translokation über die Plasmamembran besitzt. Dieser Prozess wird über die spezifische Rekrutierung von FGF2 an der zytoplasmatischen Seite der Plasmamembran initiiert. Über eine definierte von basischen Aminosäuren gebildete Bindungstasche interagiert FGF2 hierbei mit dem Phosphoinositid PI(4,5)P2, wodurch FGF2 in die räumliche Nähe der Tyrosin-Kinase Tec gebracht wird, die ihrerseits über eine PH-Domäne an das Phosphoinositid PI(3,4,5)P3 bindet. Tec wird hierdurch aktiviert und phosphoryliert FGF2 an einem definierten Tyrosin-Rest. Die Bindung an PI(4,5)P2 und die damit einhergehende Tyrosin-Phosphorylierung verursacht die Oligomerisierung von FGF2 an der Innenseite der Plasmamembran. Dieser Prozess führt zur Bildung und Stabilisierung einer Membranpore durch ein Membran-inseriertes FGF2 Oligomer. Die anschließende Translokation von Membran-inserierten FGF2 Molekülen in den extrazellulären Raum wird durch die Bindung von FGF2 an Membran-proximale Heparansulaft-Proteoglykane auf der Zelloberfläche vermittelt.Das in diesem Antrag formulierte Projekt stellt einen interdisziplinären Ansatz an der Schnittstelle von Zellbiologie, Biochemie und Biophysik dar und zielt mit Hilfe von Einzelmolekültechniken darauf ab die dynamische Struktur von Membran-inserierten FGF2 Oligomeren unter nativen Bedingungen zu untersuchen. Hierbei zielen wir auf i.) die Bestimmung der Anzahl von individuellen FGF2 Molekülen in einem funktionellen FGF2 Oligomer und die Bestimmung der Größe der Membranpore, ii.) die Bestimmung der Abstände der FGF2 Moleküle in diesem Oligomer, iii.) die Analyse der Dynamik der Oligomerbildung und Lebensdauer sowie iv.) auf die Analyse der Lipidumgebung von Membran-inserierten FGF2 Oligomeren. Abschließend ist die Validierung der in den Rekonstitutionsexperimenten erzielten Ergebnisse in einem neuartigen, zell-basierten System geplant. Diese Studien haben ein hohes Potenzial einen Beitrag zu leisten zu einem besseren Verständnis der funktionellen Architektur von Membran-inserierten FGF2 Oligomeren als Intermediate der unkonventionellen Sekretion von FGF2.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Tschechische Republik
• Partnerorganisation: Czech Science Foundation
• Beteiligte Personen: Professor Dr. Martin Hof; Dr. Jana Humpolickova