Analyse neuer Cholesterin Bindemotive in Orai Kanälen

Zellen sind auf Kalziumsignale angewiesen, um viele Aufgaben zu erfüllen, und einer der Hauptwege, über den Kalzium in eine Zelle gelangt, ist ein Tor, das als CRAC-Kanal bezeichnet wird. Dieses Tor wird von zwei Proteinfamilien aufgebaut und gesteuert: STIM (STIM1 und STIM2), die als Sensoren fungieren und erkennen, wenn der Kalziumspiegel in der Zelle niedrig ist, und Orai (Orai1, Orai2 und Orai3), die das Tor bilden, das sich öffnet, um Kalzium hereinzulassen. Verschiedene Varianten dieser Proteine ermöglichen es Geweben wie dem Immunsystem, den Muskeln und dem Gehirn, die Funktionsweise des Tors fein abzustimmen. Mehrere andere Proteine – wie SARAF, Septine und STIMATE – regulieren zusätzlich, wie sich das Tor öffnet und schließt, und helfen der Zelle so, zu verhindern, dass zu viel Kalzium einströmt. Auch die Fette in der Zellmembran spielen eine Rolle, insbesondere Cholesterin, das das Verhalten der Orai-Kanäle beeinflussen kann; tatsächlich sammeln sich STIM1 und Orai1 häufig in cholesterinreichen Bereichen der Membran an. Allerdings wissen Wissenschaftler noch nicht genau, wo sich Cholesterin an diese Proteine bindet oder wie genau diese Bindungsstellen das Verhalten des Kanals bei Gesundheit und Krankheit verändern.
In diesem Projekt werden wir nach neuen Stellen auf Orai-Proteinen suchen, an denen sich Cholesterin anlagern kann, und untersuchen, wie sich diese Anlagerung auf das Öffnen und Schließen des Kanals auswirkt. Außerdem wollen wir herausfinden, ob die Bindung von Cholesterin an Orai1 in Immunzellen und in Prostatakrebszellen eine wichtige Rolle spielt.
Wir werden Computersimulationen, elektrische Messungen und Fluoreszenzbildgebung an lebenden Zellen unter Berücksichtigung struktureller Daten kombinieren, um zu untersuchen, wie Cholesterin die Orai-Kanäle steuert. Unsere ersten Computermodelle deuten auf zwei Cholesterin-Bindungsstellen an Orai1 hin. Als wir wichtige Aminosäuren an diesen Stellen veränderten, leitete der Kanal deutlich stärkere Ströme, und ein Fluoreszenztest mit markiertem Cholesterin zeigte eine weitaus geringere Bindung; beides Anzeichen dafür, dass Cholesterin den Kanal normalerweise hemmt. Wir werden diese Stellen bestätigen und untersuchen, wie Cholesterin das Öffnen und Schließen des Kanals beeinflusst, und die Arbeit dann auf andere Orai-Isoformen ausweiten. Außerdem werden wir testen, wie diese Effekte die Aktivität von Immunzellen (T-Zellen, Mastzellen) und das Verhalten von Prostatakrebszellen beeinflussen. Letztendlich streben wir eine präzise, reversible Steuerung von Orai1 mit einem lichtaktivierten, cholesterinähnlichen Molekül an.
Der entscheidende Durchbruch, den wir anstreben, besteht darin, genau aufzuzeigen, wie Cholesterin direkt an Orai-Kanäle bindet und deren Funktionsweise verändert. Dies wird unser Verständnis davon vertiefen, wie Membranfette die Proteinfunktion steuern, und die Grundlage für die Entwicklung neuer Medikamente schaffen, die auf Orai-Kanäle abzielen.