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Projekt
Analyse der physiologischen Funktion von cAMP in primären Zilien mit Hilfe der Optogenetik
Antragstellerin
Professorin Dr. Dagmar Wachten
Fachliche Zuordnung
Zellbiologie
Entwicklungsbiologie
Entwicklungsbiologie
Förderung
Förderung von 2016 bis 2022
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 315004853
Zilien sind Ausstülpungen der Plasmamembran auf der Zelloberfläche, die entweder immotil, wie primären Zilien, oder motil wie Zilien auf der Oberfläche von Epithelzellen oder das Flagellum von Spermien sind. Motile Zilien und Flagellen kontrollieren die Bewegung von Zellen oder extrazellulären Flüssigkeiten. Nahezu jede Säugetierzelle besitzt ein primäres Zilium, dessen Funktion ist jedoch nur wenig verstanden. Dass primäre Zilien wichtig für eine Reihe von physiologischen Funktionen sind, wurde deutlich, als die Ursache für eine Reihe von Krankheitsbildern auf ziliäre Fehlfunktionen zurückgeführt wurde. Diese Erkrankungen fasst man unter dem Oberbegriff Ziliopathien zusammen.Primäre Zilien fungieren vermutlich als sensorische Organellen, die extrazelluläre Signale wahrnehmen und in das Zellinnere weitergeben. Eine wichtige Rolle scheinen hierbei zyklisch Nukleotid-gesteuerte Signalwege zu spielen. In motilen Zilien und Flagellen wie z.B. in Epithelzellen der Lunge oder in Säugetierspermien kontrolliert cAMP die Schlagbewegung. Die Funktion von cAMP in primären Zilien ist jedoch nicht gut untersucht. Es wurde postuliert, dass die Aktivierung von ziliären G-Protein gekoppelte Rezeptoren die cAMP-Konzentration im Zilium ändert, wodurch zelluläre Funktionen wie z.B. die Genexpression reguliert werden könnten.Die Analyse von cAMP-abhängigen Signalwegen in Zilien ist bis jetzt nur schwer möglich. Was fehlt, ist eine Technik, mit der man lokal mit hoher Zeitauflösung cAMP-abhängige Signalwege in diesem subzellulären Kompartiment analysieren kann. Unsere Lösung für dieses Problem ist die Optogenetik in Kombination mit genetisch-enkodierten Biosensoren. Uns ist es gelungen, ein Mausmodell zu generieren, in dem die licht-aktivierte Adenylatzyklase bPAC bzw. die licht-aktivierte Phosphodiesterase LAPD ausschließlich in Spermien exprimiert wird. Dadurch konnten wir gezielt die Funktion des Flagellums mit Licht steuern und die Funktion von cAMP im Flagellum analysieren.Wir wollen nun diesen Ansatz auf primäre Zilien übertragen. Unser Ziel ist es, die Funktion von cAMP in primären Zilien mit Hilfe der Optogenetik und genetisch-enkodierten Biosensoren zu untersuchen. Wir werden Methoden entwickeln, die optogenetischen Werkzeuge in Zilien einzubringen und durch optogenetische Manipulation der ziliären cAMP-Konzentration in Kombination mit Einzelzell-Genexpressionsanalysen adressieren, ob ein lokales cAMP-Signal im Zilium die Genexpression in der Zelle reguliert. Des Weiteren werden wir cAMP-Dynamiken in primären Zilien als Antwort auf extrazelluläre Reize mit Hilfe unseres neuen, genetisch-enkodierten Biosensors für cAMP analysieren. Dadurch wollen wir beantworten, welche Reize zu einer Veränderung der ziliären cAMP-Konzentration führen. Unser Ansatz ermöglicht, neue Arbeitsgebiete für die Optogenetik zu erschließen und wird zur Beantwortung der fundamentalen biologischen Fragestellung - was ist die physiologische Funktion von primären Zilien - beitragen.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
Mitverantwortlich
Dr. Jan Fritz Jikeli
