Heparansulfat - ein Hauptregulator für Matrix-Metalloproteinasen?

• Antragsteller: Dr. Philipp Kastl
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 415888450

Das extrazelluläre Schneiden von Signalproteinen wie Morphogenen, Cytokinen oder Chemokinen durch Endoproteinasen ist eine irreversible post-translationale Modifikation, die essenziell für extrazelluläre Signalprozesse von Zellen ist. Um diese Signalprozesse und damit verbundene pathologische Situationen besser zu verstehen, sind neuartige, massenspektrometrie (MS) basierte Methoden entwickelt worden, mit denen die Prozessierung von Substraten mit Proteasen in vitro und in vivo assoziiert werden konnten. Proteasescreenings sind allerdings oft artifiziell und geben keine Erklärung, wie eine Protease spezifisch und in physiologisch relevanter Art ihr Substrat in vivo schneidet. Eine mögliche Erklärung hierfür ist, dass die Extrazelluläre Matrix (ECM) nicht nur selbst als Substrat für, zum Beispiel, Proteasen der Matrix Metalloproteinase (MMP) Familie dient, sondern eine aktive Rolle in der Regulation von extrazellulärer Proteolyse einnimmt, indem sie Substrate und Proteasen bindet. Heparansulfat (HS) Proteoglykane sind ein wichtiger Bestandteil der ECM, welche viele Morphogene, Cytokine und Chemokine mittels ihrer variabel sulfatierten HS-Ketten bindet und die biologische Aktivität ihrer Interaktionspartner reguliert. Dies deutet auf eine potentielle Rolle von HS in der Regulation der Substratspezifität von Proteasen hin, indem sie zum einen die Kolokalisation dieser Moleküle vermitteln und zum anderen die Zugänglichkeit von Substraten, deren Schnittstellen und die Aktivität von Proteasen direkt modulieren. Solch eine regulatorische Rolle von HS konnte ich bereits während meiner Doktorarbeit am Beispiel der Prozessierung und Freisetzung des Morphogens Hedgehog zeigen. In diesem Forschungsprojekt möchte ich die Rolle von HS als ein möglicher Hauptregulator von extrazellulärer Proteolyse charakterisieren, indem ich die Sekretome von Vertebratenzellen mit unterschiedlicher HS Expression mittels neuester MS Proteomanalysetechnologien, die in dem Labor von Prof. Dr. Ulrich auf dem Keller, Technical University of Denmark, entwickelt wurden, miteinander vergleiche. Da viele MMPs spezifisch an HS binden, werde ich diese Zelllinien dafür nutzen um den Effekt von HS auf die Aktivität und Substratspezifität von MMP9, eine sezernierte Protease die in Verbindung mit Entzündungsreaktionen steht, mittels MS zu analysieren. Hierzu wird auch die Stabilität und unterschiedliche HS abhängige Prozessierung von Substraten durch MMP9, als auch die Aktivierung und Prozessierung der Protease selbst analysiert werden. Zuletzt werde ich HS modulierte MMP9 Prozessierung am Bespiel von ausgewählten Chemokinsubstraten durch Zugabe von verschiedenen HS Isoformen biochemisch, mit Chemokinaktivitätsassays und targeted proteomics verifiziert. Die gewonnen Daten werden nicht nur MS Proteasescreenings physiologisch relevanter machen, sondern auch neue Einsichten über die ECM als einer der Hauptregulatoren extrazellulärer Proteolyse gewähren.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Dänemark
• Gastgeber: Professor Dr. Ulrich Auf dem Keller