Aquaporine als Kanäle für CO2, O2 und H2O2

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Volker Endeward
• Fachliche Zuordnung: Anatomie und Physiologie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 413120011

Das Projekt „Aquaporine als Kanäle für CO2, O2 und H2O2“ hat zum Ziel, die Transportfunktion von Aquaporinen (AQP) für die Atemgase O2 und CO2 und für H2O2 als Beispiel eines Signalmoleküls zu charakterisieren. Im ersten von drei Teilprojekten wird die Bedeutung von AQP5 für den pulmonalen Gasaustausch untersucht. AQP5 wird hauptsächlich in den Alveolarepithelien der Lunge exprimiert. Da AQP5 ein effizienter Kanal für CO2 – und wahrscheinlich auch für O2 – ist, verfolgen wir die Hypothese, dass das pulmonale AQP5 wesentlich zum Gasaustausch in der Lunge beiträgt. In Voruntersuchungen haben wir gezeigt, dass unter Hypoxie der maximale Sauerstoffverbrauch von AQP5-knockout-Mäusen markant vermindert ist. Ob verschlechterte Diffusionsbedingungen für Atemgase in der Lunge die Ursache für diesen Befund darstellen, soll anhand von Vergleichen zwischen AQP5-KO- und WT-Mäusen 1.) durch Messung der CO2-Permeabilität isolierter Alveolarepithelien, 2.) durch Bestimmung der Gas-Diffusionskapazität der Lungen und 3.) durch Messung der arteriellen Blutgase unter maximaler Belastung bei Hypoxie ermittelt werden. Eine Bestätigung der Hypothese würde eine wesentliche Erweiterung des etablierten Konzepts des pulmonalen Gasaustauschs bedeuten. Im zweiten Teilprojekt des Antrags soll die Hypothese geprüft werden, dass ein Komplex aus AQP1 und Carboanhydrase (CA) II („Metabolon“) die CO2-Permeation dadurch beschleunigt, dass die CA aus HCO3-, das in 20x größerer Konzentration als CO2 vorliegt, sehr schnell neues CO2 nachbildet und unmittelbar an der Gaspore des AQP1 abliefert. Die Existenz dieses Komplexes wird durch FRET und Bimolecular Fluorescence Complementation (BiFC) an HEK293-Zellen überprüft, in denen die beiden Partnerproteine koexprimiert sind. Dann wird ermittelt, ob gemeinsame Anwesenheit von AQP1 und CAII in den Membranen von a) HEK293-Zellen und b) Liposomen tatsächlich den CO2-Transport im Vergleich zur alleinigen Anwesenheit von AQP1 beschleunigt. Wenn sich die Hypothese bestätigt, würde dies einen neuen molekularen Aspekt der CO2-Permeation durch Gaskanäle etablieren.Im dritten Teilprojekt sollen die grundlegenden Eigenschaften der Permeation von H2O2 durch Lipidmembranen und durch Aquaporine untersucht werden. Die Membranpermeation von H2O2 ist äußerst kritisch für seine Wirkung als Signalmolekül, sowohl bei seiner Abgabe aus den Mitochondrien wie auch bei seiner Aufnahme in Zellen, in denen die Signalwirkung stattfindet oder seine Inaktivierung erfolgt, wie z.B. Erythrocyten. Aus H2O2-Fluxmessungen an Liposomen wollen wir den Einfluss der Lipidzusammensetzung der Membran auf die H2O2-Permeation bestimmen. An Erythrocyten incl. Erythrocyten der AQP1-KO-Maus wird die H2O2-Permeation dieser Membran und die Rolle des AQP1 dabei erfasst. An Mitochondrien aus normalen Lebern und solchen aus HepG2-Kulturen mit AQP8-knockdown werden die H2O2-Permeation der Mitochondrienmembran und die Rolle des dort exprimierten AQP8 untersucht

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen