Mechanismen der Zell- und Isoformspezifität Gi-Protein-abhängiger Signalwege in Entzündungszellen

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Die Pertussistoxin-sensitiven Gi-Proteine Gi2 und Gi3 sind gemeinsame Effektoren der Signalkaskaden von Chemokin- und Anaphylatoxinrezeptoren auf Entzündungszellen. In der Maus führt die unselektive Inaktivierung aller Gi-Proteine durch Pertussistoxin zu einer fulminanten Entgleisung des Immunsystems, während die konstitutive Inaktivierung singulärer Gi-kodierender Gene vergleichsweise milde Phänotypen zur Folge hat. Es ist derzeit ungeklärt, ob die beobachteten Phänotypen vor allem auf Gendosis-Effekte zurückzuführen sind und Gi-lsoformen redundante Rollen haben, oder ob die einzelnen Gi-lsoformen auch in vivo spezifische Funktionen ausüben. Wir haben in Vorarbeiten an Gi-defizienten Mauslinien erstmals Isoform- und interessanterweise auch Zelltyp-spezifische Funktionen von Gi-Proteinen in Zellen des angeborenen Immunsystems identifiziert. So ist Gi2 notwendig und ausreichend für die C5a-induzierte Chemotaxis von Makrophagen. Hingegen können Gi2 und Gi3 bei der C5a-abhängigen Chemotaxis neutrophiler Granulozyten füreinander substituieren, und erst die funktionelle Entkopplung beider Gi-Proteine vom C5a-Rezeptor durch Pertussistoxin ist in der Lage, die gerichtete Migration von Granulozyten vollständig zu inhibieren. In weiteren Untersuchungen zu Isoform-spezifischen Funktionen von Gi- Proteinen konnten wir eine neuartige Lokalisation und Rolle von Gi3 auf Autophagosomen verschiedener Zellen beschreiben. Diese intrazellulären Organellen spielen nach der Fusion mit Lysosomen in Entzündungszellen eine zentrale Rolle bei der Immunabwehr bakterieller und viraler Pathogene. Ausgehend von diesen Befunden möchten wir nun systematisch die biologische Rolle von Gi2 und Gi3 in der anti-infektiösen Effektorantwort von Entzündungszellen proximal und distal der Plasmamembran untersuchen. Hierzu sollen mit biochemischen, zellbiologischen und mausgenetischen Methoden Gi-lsoform-spezifische Effektorprogramme vom Rezeptor bzw. vom invadierenden Pathogen bis hin zur zellulären Antwort identifiziert und schließlich in Gi2- und Gi3-defizienten Mauslinien charakterisiert werden. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen lassen grundlegende Erkenntnisse zur Rolle von Gi-Proteinen als Effektoren einer Vielfalt wichtiger Pathogene und Entzündungsmediatoren erwarten und sollen zu einem detaillierten Verständnis der molekularen Grundlagen der Infektabwehr beitragen.