Keratin-abhängige Regulation von Mitochondrien in Keratinozyten und in Mausepidermis

• Antragsteller: Professor Dr. Thomas Magin
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 194376116

Integrität und Funktionalität von Mitochondrien beruhen auf ihrer korrekten Verteilung, ihrer Interaktion mit dem ER und ihrer Dynamik. Die verantwortlichen Mechanismen werden von Gerüst- und Regulatorproteinen orchestriert, die den Kontakt mit dem Zytoskelett vermitteln. Neben Mikrotubuli sind die Intermediärfilamentproteine Desmin, Vimentin und Keratine einfacher Epithelien über Mito-assoziierte Proteine wie Plectin 1b, Trichoplein und Pirh2 an der Verteilung und Form von Mitochondrien beteiligt. Über Verteilung und Regulation von Mitochondrien in der Epidermis ist bisher wenig bekannt, außer, daß mitochondriale ROS-Signale, aber nicht ATP, essentiell für die epidermale Differenzierung und Haarfollikelmorphogenese sind. Obwohl Keratine aufgrund ihrer Diversität und kontextabhängigen Funktion ideale Kandidaten sind, um Verteilung und Aktivität von Mitochondrien zu regulieren, ist sehr wenig über ihre Bedeutung für Mitochondrien-Funktion in der Epidermis bekannt. Wir haben gezeigt, daß Keratin-Isotypen die Desmosomen über PKCalpha regulieren und als Gerüstproteine der epidermalen Barriere fungieren. Jetzt zeigen wir, daß die Verteilung von Mitochondrien in Keratinozyten von Keratinen abhängt. Zunahme an Phosphatidyl-Ethanolamin und Cardiolipin sowie an Elektronentransportkomplexen 1 und 4 resultierten in einer 30%igen Erhöhung des O2-Verbrauchs in Keratin-defizienten Keratinozyten. Keratin-defiziente Mäusen zeigten eine defekte Haarfollikelmorphogenese, analog zu Mäusen mit einer Epidermis-spezifischen Deletion der mitochondrialen Atmungskette. Hier wollen wir klären, wie Keratine die Verteilung, Dynamik und Physiologie von Mitochondrien in Keratinozyten und in vivo regulieren. Dazu werden wir 1) Proteine und ihre Interaktionsdomänen identifizieren, welche die Interaktion ausgewählter Keratine mit Mitochondrien vermitteln. Über die postulierten Kandidatenproteine hinaus werden wir neue Kandidaten mittels BioID identifizieren, über Konfokalmikroskopie und Protein-Interaktions-Methoden charakterisieren und durch gain/loss of function-Ansätze in Keratinozyten verifizieren. 2) Wir analysieren die Rolle ausgewählter Keratine bei der Regulation der Mitochondrien-ER-Interaktion und der mitochondrialen Dynamik, um diese Regulation von Mitochondrien während der Differenzierung von Keratinozyten und in Keratinopathien zu verstehen. 3) Wir untersuchen die Beteiligung der oben erarbeiteten und/oder neuer Proteine und Mechanismen an der defekten Haarfollikelmorphogenese in Keratin-defizienten Mäusen. Unser Projekt wird neue mechanistische Einsichten in die Keratin-abhängige Kopplung von Mitochondrien an Differenzierungsprozesse in der Epidermis liefern. Darüber hinaus wird dieses Projekt das mechanistische Verständnis von mitochondrialen und Keratin-Erkrankungen voranbringen und möglicherweise zu neuen Ansätzen führen, welche die Integrität von Mitochondrien wiederherstellen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Jamal-Eddine Bouameur, Ph.D.