Untersuchungen zum Vorkommen, zur biologischen Funktion und zur Evolution von Lipoxygenasen. Funktionelle Charakterisierung von genetisch veränderten Mäusen mit humanisierter Reaktionsspezifität.

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Dr. Dagmar Heydeck; Professor Dr. Hartmut Kühn
• Fachliche Zuordnung: Biochemie ; Entwicklungsbiologie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 405976130

Lipoxygenasen (ALOXn) sind in höheren Pflanzen und Tieren weit verbreitet, kommen aber auch sporadisch in niederen mehrzelligen Organismen und in Bakterien vor. In Archaen und Viren konnten bisher keine funktionellen Lipoxygenasen nachgewiesen werden. Das vorliegende Projekt soll dazu dienen, das Vorkommen, die biologische Funktion und die evolutionären Beziehungen von ALOX-Isoformen in verschiedenen Bereichen der Biosphäre (Viren, Bakterien, Säugetiere) zu untersuchen. Folgende Fragen sollen dabei beantwortet werden:i) Kommen ALOX-Isoformen in Viren vor? ii) Ist die ALOX von Pseudomonas aeruginosa (PA) ein pathogenetischer Faktor bei der PA Infektion? iii) Gab es eine gerichtete Änderung der Reaktionsspezifität von ALOX15 Orthologen während der Primatenevolution?iv) Verändert eine in vivo Humanisierung der Reaktionsspezifität (knock-in Mäuse) die pathophysiologische Rolle der ALOX15 und ALOX15B in tierischen Entzündungs- und Gerinnungsmodellen?Obwohl ALOX-Isoformen u.a. über horizontalen Gentransfer verbreitet werden, wurde bisher noch keine funktionelle virale Isoform beschrieben. Kürzlich haben wir ein mögliches ALOX Gen in einem Mimivirus identifiziert und wollen untersuchen, ob dieses Gen für eine funktionelle ALOX-Isoform kodiert.Pseudomonas aeruginosa (PA) exprimiert eine ALOX, deren pathophysiologische Rolle bisher nicht untersucht wurde. Wir wollen die Hypothese prüfen, ob dieses sekretorische Enzym bei PA Patienten die Membranlipide der Erythrozyten oxidiert.Die Reaktionsspezifität ist bedeutsam für die ALOX Funktionalität und wir haben kürzlich postuliert, dass sich die Reaktionsspezifität von ALOX15 Orthologen während der Evolution zielgerichtet von Arachidonsäure-12-Oxygenierung (niedere Säuger) zu Arachidonsäure-15-Oxygenierung (hochentwickelte Primaten) verändert hat. Die meisten ALOX15 Orthologen von Säugetieren folgen dieser Hypothese, das Kaninchen ist jedoch die einzige bekannte Ausnahme. Aminosäurealignments von über 120 Säugetier ALOX15 Orthologen stützen dieses Konzept. Die funktionelle Charakterisierung der Reaktionsspezifität von 35 ALOX15 Orthologen von niederen (Protheria, Metatheria) und höheren (Eutheria) Säugetieren soll dieses evolutionäre Konzept auf eine breitere experimentelle Basis stellen. 15-lipoxygenierende ALOX15 Orthologe besitzen im Vergleich zu 12-lipoxygenierenden Orthologen eine erhöhte Kapazität zur Biosynthese von anti-inflammatorischen Lipoxinen. Deshalb sollten Mäuse, die eine humanisierte Reaktionsspezifität von ALOX15 und ALOX15B aufweisen (15-lipoxygenierend), in experimentellen Entzündungsmodellen geschützt sein. Wir möchten durch die Einführung von Punktmutationen (Crispr-Cas9 Technologie) in die ALOX15 bzw. ALOX15B Gene humanisierte knock-in Mäuse herstellen und diese Tiere in zwei verschiedenen Entzündungs- (Adjuvans-induziertes Pfotenödem, DSS-colitis) und einem Gerinnungsmodell (Schwanzspitzenamputation) testen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen