Synthese und Zellaufnahme von myo-Inositol Pyrophosphat Prometaboliten

• Antragsteller: Professor Dr. Henning Jessen
• Fachliche Zuordnung: Biologische und Biomimetische Chemie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 391485977

Die Natur nutzt hochphosphorylierte Verbindungen, abgeleitet von der myo-Inositol Kernstruktur, um zelluläre Signale zu übermitteln. Die Inositolpyrophosphate (eine Kurzform für Diphosphoinositol Polyphosphate) sind eine spezielle Gruppe innerhalb der Familie der Inositol Polyphosphate, welche sich durch eine besonders hohe Dichte an Phosphatgruppen auszeichnen. Tatsächlich enthalten sie mehr Phosphor- als C-Atome. Hierbei tritt insbesondere InsP8 hervor, eine Verbindung mit 4 Phosphorsäuremonoestern und 2 Diphosphat-Untereinheiten. Die Inositol Pyrophosphate sind involviert in diverse zelluläre Prozesse, jedoch ist oftmals nicht genau bekannt, welche die Mechanismen sind, die der Regulation zugrunde liegen und welches Isomer tatsächlich die aktive Spezies ist. Viele dieser Unklarheiten sind Resultat der geringen Verfügbarkeit solcher Verbindungen in reiner Form für in vitro Studien und der Tatsache, dass beinahe keine chemisch-biologischen Proben für Untersuchungen in lebenden Zellen zur Verfügung stehen. Die Gründe hierfür liegen in den ungünstigen Eigenschaften solcher Verbindungen; von der Labilität der Anhydride über die hohe Ladungsdichte bis zur Abwesenheit eines Chromphores, die in ihrer Summe sowohl für die Synthese, als auch die Analytik hohe Hürden darstellen. Für InsP7, die Inositol Pyrophosphate mit nur sieben Phosphaten sind inzwischen Techniken entwickelt worden, hingegen ist die InsP8 Herausforderung noch nicht gemeistert. Auf der anderen Seite gibt es inzwischen signifikante Hinweise, dass in vielen Fällen, von denen zwei in diesem Antrag untersucht werden sollen, tatsächlich InsP8 das eigentlich aktive Molekül ist - und nicht InsP7.Mit diesem Antrag möchte ich dieser Annahme auf den Grund gehen. Wir werden eine stereoselektive Synthese von zellpermeablen InsP8 Proben entwickeln, die zudem mit einem Photocage maskiert sind. Wenn diese Verbindungen von Zellen aufgenommen werden, wird ein Abbaumechanismus in Gang gesetzt, der das bioaktive oder immer noch mit einem Photocage blockierte InsP8 freisetzt. Der Photocage kann dann mit einem Laserpuls gezielt entfern werden und somit ist die zeitlich und räumlich aufgelöste Freisetzung von InsP8 möglich, gefolgt von dem Auslesen des biologischen Effektes. Wir werden zum einen den Effekt von InsP8 auf die Translokation der Kinase Akt von der Membran in das Cytoplasma studieren, zum anderen die Translokation von Interferon Regulating Factor (IRF3) vom Cytoplasma in den Zellkern.Dieses Projekt zielt auf die Entwicklung stereoselektiver Synthesen von InsP8 Analoga, deren Einbringung in lebende Zellen und dortige gezielte Freisetzung, gefolgt von einem Auslesen des biologischen Effekts. In seiner Gesamtheit könnte dieses Projekt InsP8 als den wahren Regulator zellulärer Prozesse identifizieren, die zuvor anderen Molekülen zugeordnet waren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Gabriel Schaaf