Raumzeitliche Analyse der Zusammensetzung β-arrestin gestützter "Signalosome" – die Bedeutung spezifischer Effektorbindung für die funktionale Selektivität des protease-activated receptor 2.

• Antragsteller: Dr. Raphael Silvanus Haider
• Fachliche Zuordnung: Biochemie ; Strukturbiologie ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung in 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 519415594

Als fundamentale Bestandteile sind Zellen die kleinsten, selbstständigen Einheiten biologischen Lebens. Um sich von ihrer Umwelt abzusondern, besitzen Zellen eine funktionale äußerste Schicht, die Zellmembran. Da Zellen dennoch auf ihre Umwelt reagieren müssen, hat sich eine Vielzahl zellmembranständiger Rezeptoren entwickelt. Im menschlichen Körper beeinflussen diese Rezeptoren die meisten physiologischen Prozesse und reagieren nicht nur auf die Ausschüttung von Hormonen und Neurotransmittern, sondern ermöglichen auch die Wahrnehmung von Gerüchen und Licht. Weite Teile der molekularen Prozesse, die nach der Rezeptoraktivierung im Inneren einer Zelle ablaufen, sind jedoch unzureichend erforscht. Aus den Ergebnissen neuster Forschung können wir ableiten, dass sich die nächste Umgebung aktivierter Rezeptoren schnell mit Enzymen, Adaptern und Effektorproteinen anreichert, um eine zelluläre Signaltransduktion anzustoßen. Diese funktionalen Proteinkomplexe werden anschließend internalisiert und, spezifisch für jeden Rezeptor, auf verschiedenen Wegen durch die Zelle transportiert. Schließlich wissen wir jedoch kaum über die genaue Zusammensetzung dieser Komplexe Bescheid. Zudem kann man im Moment nur darüber mutmaßen, inwiefern diese funktionalen Einheiten sich in Abhängigkeit von ihrer subzellulären Lokalisation verändern und welche Konsequenzen das für die Signalübertragung hat. Das vorliegende Projekt zielt darauf ab, zu untersuchen, wie sich Rezeptoren und ihre essentiellen Effektoren nach einer initialen Aktivierung verbinden und verhalten. Zusätzlich soll ermittelt werden, wie diese dynamischen Prozesse die Signaltransduktion in der Zelle beeinflussen. Die Studie widmet sich dem protease-activated receptor 2 (PAR2), der durch seine bestätigte Rolle als Mediator von Entzündungen und Schmerz, bei verschiedenen Darmkrankheiten, einen wichtigen Ansatzpunkt für die Erforschung neuer Medikamente darstellt. Mithilfe der hochmodernen Infrastruktur für Fluoreszenzmikroskopie der University of Nottingham und des Centre of Membrane Proteins and Receptors (COMPARE) ist es geplant die detaillierten Prozesse zu verfolgen, die nach der Rezeptoraktivierung innerhalb der Zelle ablaufen. Dazu sollen innovative Technologien wie etwa NanoBRET Biosensoren und hochauflösende Einzel-Molekül Mikroskopie verwendet werden. Die geplanten Experimente sollen schließlich Aufschluss darüber geben, wie, wann und wo und vor allem warum Rezeptoren nach ihrer Aktivierung verschiedene Signalpartner binden. Dieser umfassende Ansatz hat zum Ziel das Erstellen einer intrazellulären Karte der PAR2 Signalwege zu ermöglichen. Zudem soll diese Karte mit höchstmöglicher räumlicher und kinetischer Auflösung bereitgestellt werden. Die Ergebnisse sollen vor allem unser allgemeines Verständnis zellulärer Signalmechanismen erweitern, jedoch enthüllen sie möglicherweise auch neue pharmakologische Angriffspunkte für die Schmerzlinderung bei entzündlichen Darmkrankheiten.

• DFG-Verfahren: WBP Stipendium
• Internationaler Bezug: Großbritannien
• Gastgeberin: Professorin Dr. Meritxell Canals Buj