Regulation der vaskulären Permeabilität in der Lunge durch lysosomales Trafficking

• Antragsteller: Professor Dr. Wolfgang Kübler; Professor Dr. Stefan Uhlig
• Fachliche Zuordnung: Anatomie und Physiologie ; Anästhesiologie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 326606907

Der Entzündungsmediator Plättchen-aktivierende Faktor (PAF) verursacht Lungenödeme durch Erhöhung der vaskulären Permeabilität, indem er die Saure Sphingomyelinase (ASMase) und die Cyclooxygenase (COX) aktiviert. In vorausgegangenen Förderperioden konnten wir den Signalweg, über den ASMase und COX zu einem Anstieg des endothelialen Ca2+ mit nachfolgender Barrierestörung und Ödembildung führen, identifizieren. Dabei haben wir gezeigt, dass die ASMase zur Rekrutierung von eNOS und dem Ca2+-Kanal TRPC6 in die Caveolen von Endothelzellen führt, wo TRPC6 durch die COX-vermittelte Bildung von Prostaglandin E2 und dessen Wirkung über den EP3-Rezeptor aktiviert, und parallel dazu durch die Hemmung der eNOS in den Caveolen disinhibiert wird. Während der Signalweg distal der ASMase mit diesen Befunden gut charakterisiert ist, sind die Mechanismen, über die PAF zur Aktivierung der ASMase im Endothel führt, noch weitgehend unklar.Unter basalen Bedingungen wird die ASMase durch Bindung an den Mannose-6-Phosphat-Rezeptor (M6PR) in die Lysosomen transportiert, deren saures Milieu das pH-Optimum für die Aktivität der ASMase gewährleistet. Infolge von PAF Stimulation kommt es zu einem Anstieg der ASMase-Aktivität in den Caveolen, wo die ASMase direkten Zugang zu ihrem Substrat Sphingomyelin in der äußeren Schicht der Plasmamembran gewinnt. Um dies zu ermöglichen, sollte aber sowohl die Aufrechterhaltung eines sauren Milieus in den Caveolen, als auch eine stabile Verankerung der ASMase, die selbst keine Transmembrandomäne besitzt, an der äußeren Seite der Zellmembran gewährleistet sein. Auf Gundlage unserer publizierten und neuer, präliminärer Vorarbeiten postulieren wir hier, dass a) PAF zur Exozytose endothelialer Lysosomen und damit zur Expression der ASMase in den Caveolen führt, wo diese durch Bindung an M6PR verankert wird, b) diese Exozytose über die Aktivierung von G-Proteinen und endotheliale Ca2+ Signale erfolgt, und c) die zur Aktivierung der ASMase essentielle caveoläre Azidifizierung durch simultane Exozytose der lysosomalen V1-H+-ATPase und des Cl--Kanals CFTR ermöglicht wird.Die beantragten Untersuchungen werden vorwiegend an isoliert-perfundierten Ratten- und Mauslungen durchgeführt, in denen die Effekte von PAF durch funktionelle Messungen der Gefäßpermeabilität und Ödembildung, real-time Imaging des endothelialen Ca2+-Signalings, des lysosomalen Traffickings und der caveolären Azidifizierung, sowie proteomische Analysen der Caveolenfraktion mit Hilfe pharmakologischer Interventionen und Gen-defizienter Mausstämme untersucht werden. Neu identifizierte Pathomechanismen werden im Anschluss in vivo in etablierten Modellen des akuten Lungenschadens unter den Bedingungen einer Maus-Intensivstation validiert.Unsere Ergebnisse werden neue Einblicke in die Regulation und Bedeutung lysosomalen Traffickings im Gefäßendothel liefern, und neue pharmakologische Angriffspunkte für die Prävention und Therapie des akuten Lungenödems identifizieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen