Quantitative in vivo mapping and analysis of physiological H2O2 - dependent redox homeostasis in zebrafish

• Applicant: Professor Dr. Uwe Strähle, since 7/2015
• Subject Area: Animal Physiology and Biochemistry ; Cell Biology
• Term: from 2014 to 2018
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 251925061

Reaktive Sauerstoffspezies, insbesondere H2O2, steuern wesentliche physiologische Prozesse, darunter Zellmotilität, Zellpolarität und Differenzierung, aber auch multidimensionale biologische Prozesse wie Entzündungsreaktionen und Regeneration. Auf molekularer Ebene erfolgt diese Steuerung durch selektive Modifizierung von Thiolen an Zielproteinen.Wie die selektive Oxidation Thiol-haltiger Zielproteine durch H2O2 mechanistisch funktioniert bleibt jedoch weitgehend ungeklärt. Darüber hinaus ist der derzeitige Wissensstand über die tatsächlichen Redox-Veränderungen, die im physiologischen Kontext eines lebenden Wirbeltiers auftreten, ebenfalls noch begrenzt. Wir wissen wenig über die oxidativen Unterschiede, die zwischen verschiedenen Geweben und Zelltypen im Körper bestehen. Es bleibt auch unklar, inwieweit sich in vivo Redox-Zustände durch Verhaltens- und Umweltfaktoren, z. B. körperliche Aktivität, circadianen Rhythmus sowie Ernährung oder Umweltverschmutzung, verändern. Dies ist besonders deutlich im Hinblick auf die genaue chemische Beschaffenheit, die genaue Lokalisation innerhalb einer Zelle, die räumliche und zeitliche Verteilung und die biologische Relevanz solcher Veränderungen.Primäres Ziel dieses Projekts ist eine Echtzeit Messung der Aktivität spezifischer Redox-Komponenten in einem lebenden Wirbeltier sowie die funktionale Untersuchung mit Hilfe genetischer und pharmazeutischer Manipulation. Zu diesem Zweck werden wir eine 4D-Echtzeit- Kartierung der H2O2 abhängigen Redoxhomöostase während der Embryonalentwicklung sowie anderer physiologischer und circadianer Prozesse in Larven des Zebrabärblings erstellen. Die in vivo Visualisierung von Wasserstoffperoxid und des Redoxstatus mehrerer Thiol-Schalter Sensormoleküle im lebenden Zebrabärbling (H2O2 Gehalt und oxidativer Zustand von Glutathion, Peroxiredoxin und NADH) wird als wertvolle Ressource dienen können und neue Möglichkeiten für die in vivo Untersuchung von Redoxprozessen eröffnen.

• DFG Programme: Priority Programmes
• Subproject of: SPP 1710: Dynamics of Thiol-Based Redox Switches in Cellular Physiology
• Ehemaliger Antragsteller: Dr. Clemens Grabher, until 3/2015