Funktionelle Analyse eines evolutionären Vorläufers der Kationenkanäle der TRPM-Subfamilie aus Nematostella vectensis in vitro und in vivo.

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Frank J. P. Kühn
• Fachliche Zuordnung: Anatomie und Physiologie ; Biophysik ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 269020709

Das Hauptziel dieses Projekt ist die Aufklärung der komplexen Struktur-Funktionsbeziehung des humanen TRPM2-Kanals. Dazu wurde erstmals eine entfernt verwandte Speziesvariante aus der Seeanemone Nematostella vectensis funktionell charakterisiert. Dieser Versuchsansatz wurde aus zwei Gründen ausgewählt. Zum einen beträgt die Sequenzhomologie zwischen hTRPM2 und nvTRPM2 nur etwa 31%, was die Identifizierung der für das Schaltverhalten von TRPM2 essentiellen Strukturen erleichtern sollte. Außerdem wollen wir herausfinden, inwieweit sich die physiologische Funktion von TRPM2 im Laufe der Evolution der tierischen Vielzeller verändert hat.Die von uns bislang gewonnen Daten trugen ganz entscheidend zu einem Paradigmenwechsel beim konventionellen Modell der ADPR-abhängigen Aktivierung von TRPM2-Kanälen bei. Aufgrund unserer Versuchsergebnisse konnten wir die Existenz einer völlig neuartigen, NUDT9H-unabhängigen ADPR-Bindungstasche ableiten, die inzwischen durch mehrere Strukturanalysen von TRPM2 verifiziert wurde. Darüber hinaus leisteten wir Pionierarbeit für das neue Verständnis über die funktionelle Rolle der NUDT9H-Domäne, die je nach Speziesvariante unterschiedlich ausgeprägt sein kann. Ebenso haben wir eine erste pharmakologische Charakterisierung der N-terminalen ADPR-Bindestelle durchgeführt und diverse Kanalchimären mit NUDT9H-Domänen aus unterschiedlichen Speziesvarianten funktionell charakterisiert. Die daraus gewonnen Erkenntnisse haben, neben den von anderen Arbeitsgruppen erstellten Strukturdaten, ganz wesentlich zum besseren Verständnis der Struktur-Funktionsbeziehung von TRPM2 beigetragen.Dessen ungeachtet ist die funktionelle Rolle der NUDT9H-Domäne für die Aktivierung der Vertebraten TRPM2-Kanäle noch längst nicht aufgeklärt. Auch bei der scheinbar universellen N-terminalen ADPR-Bindestelle sind noch viele Fragen offen geblieben z. B. hinsichtlich der zusätzlichen Effekte auf die Kanalaktivierung durch 2-APB oder bezüglich der unterschiedlichen Substratspezifitäten in diversen Speziesvarianten. Eine ebenso wichtige Fragestellung, bei der wir zusätzlich Pionierarbeit leisten wollen, ist die Charakterisierung der physiologischen Funktion von nvTRPM2 in vivo. Hierfür haben wir die umfangreichen und langwierigen Vorbereitungen inzwischen abgeschlossen und sind jetzt bereit mit den notwendigen Untersuchungen zu beginnen.Die Erkenntnis, dass die N-terminale ADPR-Bindungstasche von TRPM2 zu einer übergeordneten Gruppe von Nukleotid-Bindungsdomänen gehört, eröffnet auf einmal völlig neue Perspektiven z. B. die Suche nach evolutionären Vorläufern von TRPM2 in Prokaryonten oder die Identifizierung neuer, bislang unerkannter Interaktionspartner von TRPM-Kanälen.Die geplanten Experimente des beantragten Projekts sollen, in enger Zusammenarbeit mit bereits bestehenden Kooperationen, weiterhin wichtige Beiträge leisten, um die vielen, noch offenen Fragestellungen beantworten zu können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen