Analyse der Funktion von Forminen in Zellvorschub und Migration

• Antragsteller: Professor Dr. Klemens Rottner
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 409168965

Bewegungsprozesse und jede Art der Formveränderung in Zellen hängen essentiell vom dynamischen Umbau von Filamenten des Aktinzytoskeletts ab. Viele Zellen benutzen hierfür netzartige, flache oder stabförmige, spitze Strukturen, die man als Lamellipodien und Filopodien bezeichnet. Die Ausbildung dieser Strukturen wird durch eine große Anzahl von Signalmolekülen und Regulatoren des Aktinzytoskeletts direkt und indirekt gesteuert, deren genaues Zusammenspiel aber noch unzureichend verstanden ist. Ihre direkte Regulation wird durch zelluläre Proteine bewerkstelligt, die entweder Aktinmonomere oder -filamente binden, oder auch den Übergang vom Monomer zum Filament katalysieren, wie beispielsweise die Nukleatoren von Filamenten, von denen die Familie der Formine eine bedeutende Untergruppe darstellt. In Säugetieren gibt es 15 Familienmitglieder, deren genaue Funktionen noch unzureichend erforscht sind. Einige prominente Vertreter dieser Formine, wie beispielweise Mitglieder der mDia oder FMNL-Unterfamilien können die Ausbildung von zellulären Fortsätzen wie Lamellipodien und Filopodien beeinflussen, aber wie genau sie das tun, wie viele der 15 Familienmitglieder beteiligt sind, und in welcher relativen Wichtigkeit zueinander dies erfolgt, ist zur Zeit noch unbekannt. Insbesondere die Ausbildung von Filopodien, also der fingerförmigen Zellausstülpungen am Vorderende von wandernden Zellen, denen sensorische Funktionen zugeschrieben wird, wurde mit Formin Funktion in Zusammenhang gebracht, aber es ist bislang nicht gelungen, zu bestimmen, ob überhaupt oder wenn ja, welche Formine für die Bildung dieser Strukturen in Säuger essentiell sind. Das vorgelegte Projekt wird diese Frage endgültig klären, und zwar ausgehend von im Labor bereits etablierten und zum Teil vorcharakterisierten Zelllinien, in denen mittels der CRISPR/Cas9-Methode bestimmte Formingene inaktiviert wurden (FMNL2 und FMNL3), sowie durch Erzeugung zusätzlicher Zelllinien, in denen vielversprechende weitere Mitglieder der Formingruppe (mDia2, mDia3, DAAM) entweder alleine oder in Kombination mit den vorher genannten FMNL-Forminen genetisch ausgeschaltet werden. Hierfür werden Typ und Wachstumsbedingungen der betreffenden Zelllinien so gewählt, dass Ausbildung und Quantifizierung der Filopodien möglichst effizient und nach modernsten, Computer-gestützten Analyseverfahren erfolgen können. Die Verwendung und der Vergleich unterschiedlicher Zelltypen wird eine möglichst breite Übertragbarkeit der zu identifizierenden molekularen Mechanismen der Filopodienbildung gewährleisten. Weiterhin werden die erzeugten Zelllinien dazu dienen, die bislang noch nicht identifizierten Faktoren zu bestimmen, welche die Stämme - auch Mutterfilamente genannt – bilden, von denen aus der Arp2/3-Komplex seine abzweigenden Tochterfilamente in Lamellipodien erzeugt. Die Klärung dieser Fragen wird wesentlich zum molekularen Verständnis der zellulären Aktinreorganisation und von Bewegungsprozessen insgesamt beitragen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen