Physiologische Relevanz von msGPCRs als Mediatoren zwischen Mikrobiota und dem Menschen
Wir nutzen einen breiten interdisziplinären Ansatz, der evolutionäre, funktionelle, pharmakologische, immunologische und pharmakokinetische Methoden kombiniert, um msGPCRs zu untersuchen. Bisher haben wir diese Herangehensweise erfolgreich angewendet, um die Rolle des Hydroxycarboxylsäurerezeptors 3 (HCA3), einem Rezeptor, der funktionell nur in Menschen und großen Menschenaffen vorkommt und dort in Immunzellen und Adipozyten exprimiert ist, aufzuklären. Wir haben entdeckt, dass Metabolite, die durch Milchsäurebakterien in fermentierter Nahrung gebildet werden, hochpotente Agonisten des HCA3 sind. Evolutionär betrachtet, deuten diese Ergebnisse darauf hin, dass die Verfügbarkeit eines neuen Nahrungsrepertoires, unter sich verändernden ökologischen Bedingungen, die Fixierung des HCA3, welcher neue Funktionen übernahm, in Hominiden begünstigte. In weiterführenden Studien konnten wir zeigen, dass die Aktivierung von HCA3 anti-inflammatorische Antworten in Immunzellen sowie anti-lipolytische in Adipozyten hervorruft.
Die Relevanz der mikrobiellen Besiedelung für den gesunden funktionellen Organismus gewinnt zunehmend an Aufmerksamkeit Da das Mikrobiom Spezies-spezifisch ist, und abhängig von Habitat und Ernährungsweise, nutzen wir evolutionäre Ansätze um die Relevanz der msGPCRs in diesem Kontext besser zu verstehen.
Pharmakologie, Signaltransduktion, Trafficking und subzelluläre Verteilung von msGPCRs
Ein wichtiger Aspekt der msGPCRs ist deren Pharmakologie, Signaltransduktion und Trafficking vor dem Hintergrund, dass einige dieser Rezeptoren durch Metabolite aktiviert werden, die in effektiven Konzentrationen vor allem intrazellulär vorkommen. Es ist allgemein anerkannt, dass GPCRs ihr Signal von der Plasmamembran aus vermitteln und durch extrazelluläre Liganden aktiviert werden. Es gibt allerdings zunehmend Hinweise darauf, dass GPCRs auch von intrazellulären Membranen aus, wie z.B. Endosomen und Mitochondrien, signalisieren können. Besonders unter bestimmten pathologischen Bedingungen, können manche Metabolite in hohen Konzentrationen z.B. aus Mitochondrien freigesetzt werden. Wir untersuchen systematisch die Hypothese der intrazellulären (nicht Plasmamembran-gebundenen) Lokalisation und Signaltransduktion von msGPCRs. Mit diesen Analysen möchten wir das Wissen über die molekularen Mechanismen und die zellulären metabolischen Adaptationen, die durch msGPCRs vermittelt werden, erweitern und zu einem besseren Verständnis der subzellulären Verteilung, der Signaltransduktion und Pharmakologie der msGPCRs beitragen.
Die Rolle von msGPCRs im Krebszellmetabolismus
Der Tumorzell-Metabolismus ist durch bestimmte metabolische Charakteristika gekennzeichnet, wie unter anderem ein veränderter Glucose-, Fettsäure- und Glutamin-Stoffwechsel, welcher die schnelle Proliferation von Tumorzellen unterstützt. Bis jetzt ist die Rolle von msGPCRs im zellulären Tumorzellmetabolismus noch wenig erforscht. Wir möchten verstehen durch welche Signalwege msGPCRs den Stoffwechsel von Krebszellen inwieweit beeinflussen. Dazu nutzen wir eine Kombination aus Viabilitäts-, Proliferations- und Zytotoxizitätsanalysen sowie biochemischen und pharmakologischen Methoden. Zudem kommen globale Metabolomics-Analysen mit Hilfe von Flüssigchromatographie-Massenspektrometrie (LC-MS), und metabolische Untersuchungen an lebenden Zellen mit Hilfe des Seahorse Analyzer und FRET-Metabolitsensoren an 2D-Zellkulturen und 3D-Spheroidmodellen von Tumorzelllinien zum Einsatz. Der Seahorse Analyzer ermöglicht die Bestimmung der Sauerstoffverbrauchsrate und extrazellulären Ansäuerungsrate.
