H2O2-abhängige Redox-Homöostase in einem endokrinen Krankheitsmodell im Zebrafisch

• Antragsteller: Dr. Thomas Dickmeis
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie ; Biochemie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 386424019

Redoxreaktionen sind grundlegende Reaktionen in der Biologie. Reaktive Sauerstoffspezies (ROS) aus diesen Reaktionen müssen streng kontrolliert werden, um Schäden an Nukleinsäuren, Proteinen und Lipiden zu vermeiden. Exzessive ROS-Produktion tritt bei etlichen Krankheiten auf, darunter endokrine und metabolische Krankheiten. Allerdings spielen ROS auch eine regulatorische Rolle, insbesondere über reversible Modifikationen von Thiolgruppen in Cysteinen von Proteinen. Solche reversiblen Modifikationen ändern Proteinkonformation, -lokalisierung und -aktivität. Nur wenige dieser Thiol-Schalter wurden bisher detailliert charakterisiert. Darüber hinaus ist unser Wissen über die räumlich-zeitliche Verteilung von ROS in Zellen und Geweben multizellulärer Organismen begrenzt. Diese Informationen sind nötig, um Orte und Prozesse zu kartieren, an denen Thiol-Schalter aktiv sind, und um ein besseres Verständnis der kausalen Beziehungen zwischen ROS und (patho)physiologischen Prozessen zu erzielen. Wir wollen nun das Zebrafisch-Modellsystem für die Bildgebung von in vivo Redox-Ereignissen in der Embryonalentwicklung und unter Bedingungen, die endokrinen und metabolischen Krankheiten ähneln, benutzen. Dazu werden wir transgene Zebrafischlinien anwenden, die künstliche Thiol-Schalter-Biosensoren exprimieren, wie roGFP2-Orp1 und den kürzlich entwickelten sensitiveren roGFP2-Tsa2deltaCR. Damit soll H2O2-Dynamik in Zytosol und Mitochondrien in embryonalen Geweben kartiert werden. Vorläufige Daten zeigen wandernde Zellen im Embryo, die Oszillationen von erhöhtem H2O2 über Minuten und Stunden zeigen. Indem wir die Sensorlinien mit Linien kombinieren, die zellspezifische fluoreszente Marker tragen, wollen wir die Natur dieser Zellen ermitteln. FACS von Zellen mit unterschiedlichem Redox-Status gefolgt von next generation sequencing-Analyse ihrer Transkriptome wird Hinweise auf die regulatorischen und funktionellen Änderungen verbunden mit diesen Oszillationen geben, die wir durch chemische oder genetische Manipulation des Redox-Status dann weiter erforschen wollen.Um Redox-Änderungen in einem endokrinen Krankheitszustand zu erfassen, werden wir die Linien in rx3 strong-Mutanten einkreuzen, ein Zebrafischmodell für adrenale Insuffizienz, in dem wir bereits vielfältige glukokortikoidabhängige Änderungen transkriptioneller und metabolischer Dynamik beschrieben haben. Wir werden ebenfalls Embryos untersuchen, die mit Glukokortikoiden behandelt wurden und ein Modell für Glukokortikoidüberschuss (Cushing-Syndrom) darstellen. Diese Daten werden die Folgen sowohl eines Mangels als auch eines Überschusses an Glukokortikoiden für ROS-Mengen und -Dynamik in verschiedenen Geweben zeigen. Aufgrund der Knappheit an Daten über Redoxänderungen in Patienten werden diese Informationen besonders wertvoll sein. Insgesamt wird das Projekt Werkzeuge und Konzepte für die Redoxbiologie in einem Modellorganismus liefern, der sich hervorragend für in vivo-Medikamentenscreenings eignet.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1710: Dynamik thiolbasierter Redoxschalter in der Zellphysiologie