Systematische Charakterisierung verschiedener Cytochalasan-Aktivitäten auf die Actin-Dynamik in Säugerzellen

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Klemens Rottner; Professorin Dr. Theresia Stradal
• Fachliche Zuordnung: Biologische und Biomimetische Chemie ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 438841444

Cytochalasane umfassen eine Gruppe von Pilzmetaboliten mit verschiedenen biologischen Aktivitäten, wie der Hemmung von verschiedenen actinbasierten Prozessen, z. B. Zellteilung, Migration und Thrombozyten-Aggregation. Andere Cytochalasan-Aktivitäten hängen weniger offensichtlich oder gar nicht mit Actin-Dynamik zusammen, wie eine Hemmung des Glukosetransports oder Antibiotika-, Anti-Biofilm- und Antitumor-Aktivitäten. Insgesamt konnte in Pilzextrakten eine erhebliche Anzahl von Cytochalasanen nachgewiesen werden, aber nur wenige davon wurden bisher in ausreichender Menge isoliert, um ihre biologischen Aktivitäten zu untersuchen, und weniger als 15 sind kommerziell erhältlich. Es wird gemeinhin angenommen, dass Cytochalasane die Polymerisation von Actinfilamenten blockieren, indem sie an deren schnell wachsendes ‚Plus-Ende‘ binden. Der formale Beweis, dass dies für alle Cytochalasane gilt, sowie eine systematische Untersuchung der biochemischen und zellbiologischen Gemeinsamkeiten und Unterschiede steht aber noch aus. Ziel des vorliegenden Projekts ist somit diese Wissenslücke zu schließen, indem wir im Kontext dieser neuen Forschergruppe (FOR 5170) ganze Kollektionen von Cytochalasan-Isolaten aus Pilzen, aus Semi- und Totalsynthesen oder Derivatisierungen analysieren. All diese Verbindungen werden wir systematisch und vergleichend untersuchen, um ihre Wirkung auf zelluläre Actin-Dynamik und Motilitätsprozesse zu erfassen. Unsere Ansätze reichen vom Hochdurchsatz-Screening mit einfachen Zytoskelett-Färbungen über Videomikroskopie ganzer Zellpopulationen bis hin zur detaillierteren Einzelzell-Charakterisierung der Wirkung ausgewählter Cytochalasane oder deren Derivate auf subzelluläre Actinstrukturen sowie den Filamentumsatz in diesen. In unseren Vorarbeiten haben wir aufwendige experimentelle Ansätze für diese Analysen etabliert und skaliert und damit bereits vielversprechende, spezifische Unterschiede zwischen verschiedenen Cytochalasan-Varianten gefunden, auf die nun eingehendere Studien aufbauen sollen. Zusätzlich werden wir die oben genannten Methoden auf unsere kontinuierlich wachsende Sammlung genom-editierter Zelllinien anwenden, in denen einzelne ausgewählte Actin-bindende Proteine inaktiviert wurden. Mit dieser Herangehensweise wollen wir die Selektivität einzelner Cytochalasane eindeutig bestimmten Untergruppen von zellulären Actinfilamenten zuordnen. Im weiteren Verlauf des Arbeitsprogramms werden wir zudem ausgewählte Cytochalasane im Kontext verschiedener Wirt-Pathogen-Interaktionen untersuchen. Interessante Cytochalasan-Aktivitäten werden unmittelbar und konsequent mit Hilfe der Cytochalasan-derivatisierenden oder -synthesisierenden Gruppen innerhalb von FOR 5071 weiterverfolgt und optimiert sowie durch biochemische und strukturelle Analysen in externen Kooperationen ergänzt. Dieses Wissen ist von entscheidender Bedeutung für die gezielte Entwicklung von Cytochalasanen mit spezifischen biologischen Aktivitäten.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 5170: CytoLabs – Systematische Untersuchung und Ausbeutung von Cytochalasanen