Telomerase Reverse Transkriptase in Bewegung – Dynamik ihrer subzellulären Lokalisation und funktionelle Konsequenzen in Alterung und Seneszenz

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Joachim Altschmied; Professorin Dr. Judith Haendeler
• Fachliche Zuordnung: Gerontobiologie und Geriatrie ; Biophysik
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 429746873

Telomerase nimmt eine zentrale Rolle in Alterungsprozessen ein, indem sie der Telomerverkürzung entgegenwirkt. Ihre katalytische Untereinheit Telomerase Reverse Transkriptase (TERT) hat neben ihrer Aufgabe in der Telomererhaltung nicht-telomerische Funktionen. Es ist anerkannt, dass TERT sowohl im Zellkern als auch in den Mitochondrien von post-mitotischen Zellen des kardiovaskulären Systems vorkommt wo sie protektiv wirkt. Unter bestimmten Bedingungen wird sie aus dem Zellkern exportiert, gleichzeitig kommt es zu einem Anstieg in den Mitochondrien. Bis heute ist es völlig unklar, ob dieselben TERT Moleküle, die den Kern verlassen, in die Mitochondrien importiert werden. Die einmalige Kombination der wissenschaftlichen Expertisen und Methoden der Partner in diesem Projekt ermöglicht zum ersten Mal existierende TERT Moleküle in einzelnen Zellen zu verfolgen, auch unter Bedingungen, die für zelluläre Seneszenz, Altern und Alterns-assoziierte Erkrankungen relevant sind. Ein Ziel des Projektes ist es bereits vorhandenen TERT Molekülen, die mit dem photokonvertierbaren Protein Dendra2 fusioniert sind, welches seine Fluoreszenzeigenschaften nach Bestrahlung ändert und somit von neu synthetisierten Molekülen unterschieden werden kann, in lebenden Zellen zu folgen. Diese Experimente werden in Zellen mit unterschiedlichem Proliferationspotential durchgeführt, die entweder stabil TERT-Dendra2 exprimieren oder in die das rekombinante Protein mikroinjiziert wird. Um die entfernte Möglichkeit eines direkten Transfers vom Zellkern in die Mitochondrien zu untersuchen, wird die mitochondriale Ziel-Sequenz in TERT zerstört, was einen kanonischen Import verhindert. Der oben beschriebene Anstieg mitochondrialer TERT suggeriert, dass sie intra-mitochondriale Prozesse auf verschiedenen Ebenen beeinflusst. Da TERT, der Mitochondriale Transkriptionsfaktor A und die Mangan Superoxide Dismutase mit mitochondrialer DNA assoziieren können, wird deren Interaktion mittels Förster-Resonanz-Energie-Transfer, Single Molecule Localization Microscopy und Immunpräzipitation untersucht. Der Einfluss auf das mitochondriale Transkriptom wird durch deep sequencing der mitochondrialen RNAs aus TERT-profizienten und –defizienten Zellen sowie Zellen, die TERT nur in Mitochondrien enthalten, analysiert. Zudem werden Veränderungen der Atmungskettenaktivität und Superkomplex-Zusammensetzung bestimmt. Schlussendlich werden Kardiomyozyten und kardiale Fibroblasten mit Stimuli, die relevant für Seneszenz, Alterung und Alterns-assoziierte Erkrankungen sind, behandelt, und die Veränderung der TERT Lokalisation durch life cell imaging verfolgt und parallel biochemisch analysiert. Funktionell werden Respiration, Apoptose, Hypertrophie, Seneszenz und Myofibroblasten-Differenzierungspotential untersucht. Dieses Projekt wird erstmals die dynamische Verteilung existierender TERT Moleküle und deren zelluläre Konsequenzen in zellulärer Seneszenz, Alterung und Alterns-assoziierten Erkrankungen aufklären.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Russische Föderation
• Partnerorganisation: Russian Foundation for Basic Research, bis 3/2022
• Kooperationspartner: Valentin I. Borshchevskiy, Ph.D., bis 3/2022