NFAT5-abhängige Kontrolle der metabolischen Balance in hypoxischen Lungenendothelzellen.

• Antragsteller: Professor Dr. Thomas Korff
• Fachliche Zuordnung: Anatomie und Physiologie ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 539361033

Chronische Hypoxie verursacht für die Lungenfunktion nachteilige strukturelle Veränderungen, die zum Teil durch Stressreaktionen des Lungenendothels hervorgerufen werden. In diesem Zusammenhang haben unsere Analysen gezeigt, dass hypoxieexponierte (Hox) Lungenendothelzellen (MLEC) NFAT5 aktivieren – einen Transkriptionsfaktor, der zur Regulation des zellulären Transkriptoms beiträgt, um verschiedenen umgebungsbedingten Stressoren zu begegnen. In vivo führt ein gezielter Knockout von Nfat5 in Endothelzellen zu keinen entscheidenden Veränderungen des Phänotyps normoxieexponierter (Nox) Mäuse. Nfat5-defiziente MLEC, die normobarer Hypoxie (10% O2, 7 Tage) ausgesetzt sind, verstärken hingegen die Expression von Genen, die mit Energie- und Proteinmetabolismus assoziiert sind wie microarray- und scRNAseq-basierte Analysen zeigten. Dies wurde begleitet von einer vermehrten Freisetzung von platelet-derived growth factor B (PDGFB) aus alveolären Endothelzellen, der verstärkten Bedeckung von distalen Pulmonalarterien mit glatten Gefäßmuskelzellen, einem erhöhten pulmonalen vaskulären Widerstand und beeinträchtigter rechtsventrikulärer Kontraktilität. Daneben identifizierten wir Hspa1a und Hspa1b als Zielgene von NFAT5 in Hox-MLEC. Beide kodieren für die Untereinheiten des Hitzeschockproteins HSP70. Eingedenk der zentralen Rolle von HSP70 für Faltung, Transport und Degradation von Proteinen nehmen wir an, dass ein Verlust von HSP70 in Nfat5-defizienten MLEC die Anpassung des Protein- und Energiemetabolismus an Hypoxiebedingungen beeinträchtigt. Weitere vorbereitenden Arbeiten deuten an, dass Hox- (ggü. Nox-)Nfat5-defiziente MLEC 1.) den Level von HSP70 nicht erhöhen, 2.) mehr Sauerstoff verbrauchen und 3.) eine verminderte Aktivität der mitochondrialen Isozitratdehydrogenase 3 (IDH3) sowie eine Störung der Metabolitengenerierung aufweisen. Dies schließt 2-Hydroxyglutarat ein – ein bedeutender Determinant zur Limitation endothelialer Aktivität. Eingedenk dieser Ergebnisse beabsichtigen wir, die Bedeutung von NFAT5 für die Regulation des Energie/Proteinmetabolismus in Hox-MLEC zu untersuchen. Insbesondere planen wir dabei, 1.) den Beitrag von HSP70 zu einem angepassten Energie- und Proteinmetabolismus darzustellen und 2.) den Einfluss der endothelialen Metabolitengenerierung auf diese Parameter zu analysieren. Die entsprechenden experimentellen Ansätze basieren auf einem großen Bestand von in vivo und in vitro Instrumenten und Techniken. Diese schließen ein Mausmodell ein, das den konditionalen endothelzellspezifischen Knockout von Nfat5 und die Expression eines Reportergens erlaubt. Perspektivisch soll dieses Projekt Mechanismen darlegen und ggf. später (therapeutisch) nutzen, die entscheidend für die Anpassung des Lungenendothels an Hypoxiebedingungen sind, welche beispielsweise im Rahmen von Ventilationsstörungen oder chronisch obstruktiven pulmonalen Erkrankungen in der Lunge auftreten und deren Schwere und Fortschreiten begrenzen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen