Rolle der AMPK für die Nrf2-abhängige Stressantwort der Zelle

Dieses Projekt beschäftigt sich mit der Frage, wie der zelluläre Energiezustand die zelluläre Widerstandskraft gegenüber Stress beeinflusst. Fokus liegt dabei auf zwei Proteinen, (i) AMP-aktivierte Kinase (AMPK) und (ii) nuclear factor 2 related factor 2 (Nrf2). Das erste ist ein wichtiger Sensor für die Nährstoffversorgung und wird aktiv, wenn die Energieladung der Zellen niedrig ist. Aktivierte AMPK fördert energieliefernde Prozesse in der Zelle, wie Veratmung von Nährstoffen, und hemmt energieverbrauchende Prozesse, wie die Neusynthese von Fettsäuren oder Cholesterin. Nrf2 ist ein Transkriptionsfaktor, der aktiv wird, wenn die Zelle verschiedenartigem Stress, z.B. Redoxstress ausgesetzt wird. Nach Aktivierung triggert Nrf2 die Expression von Genen, die der Zelle helfen, Schäden zu beseitigen und Toxine zu entgiften. So wird Nrf2 Aktivierung zu einem wichtigen Schutzmechanismus gegen Umwelt-und endogenem Stress. Vorangegangene Arbeiten haben gezeigt, dass ein bestimmtes Nrf2-Zielgen, nämlich die Hämoxygenase (HO-1), stärker exprimiert wird, wenn AMPK aktiv ist. Dies lässt eine positive Kooperativität zwischen AMPK und Nrf2 vermuten. Dieses Projekt will nun klären, wie genau AMPK das Nrf2/HO-1 Signal auf molekularer Ebene verstärkt. Der Einfluss von AMPK auf die Lokalisation von Nrf2 in der Zelle, auf die Bindungsdauer und- stärke von Nrf2 an die HO-1 Promotersequenz, auf die Zusammensetzung des aktiven Nrf2 Transaktiverungskomplexes sowie auf mögliche posttranslationale Modifikationen von Nrf2 werden untersucht. Wir werden prüfen, ob AMPK auf alle oder nur auf bestimmte Nrf2 Zielgene einen positiven Einfluss nimmt. Gemachte Befunde aus Fibroblasten werden in funktionellen zellulären und in vivo Modellen bestätigt. Um diese Fragestellungen zu beantworten, kommen eine Reihe von Methoden zum Einsatz, u.a. Zellkultur, Expressionsanalysen, Protein-Protein/DNA-Interaktionsstudien,Massenspektrometrie sowie Lebendimaginganentsprechendbehandelten Mäusen(micro-Computertomographie, Biolumineszenz-Imaging). Das Projekt wird wichtige und neuartige Erkenntnisse zur noch wenig untersuchten Wechselwirkung zwischen Energiehaushalt und Stressantwort in der Zelle liefern. Die Ergebnisse können auch dazu beitragen, besser zu verstehen, warum und wie kalorische Restriktion (Aktivierung von AMPK!) zur Lebensverlängerung und erhöhter Stressresistenz beitragen kann. Weiterhin können aus dem Projekt Ideen für die Entwicklung neuer Medikamente (duale AMPK und Nrf2 Aktivatoren) entspringen, mit dem Ziel gesundes (Zell)Altern zu unterstützen.