Teilprojekt 08

 

Konsequenzen chronischer Hypoxie und HIF-1/HIF-2 für die Funktion und Plastizität von Makrophagen sowie Tumorzellen



Leitung:

Prof. Dr. Bernhard Brüne
Institut für Biochemie I
Goethe-Universität, Frankfurt am Main

Fachgebiet:

Biochemie, Entzündung, Pathobiochemie

Zusammenfassung:

Ziel des Projekts war, es initial zu verstehen, wie 2-Oxoglutarat-abhängige Prolyhydroxylasen durch reaktive Sauerstoffspezies (ROS) bzw. Stickstoffmonoxid reguliert werden, um biologische Konsequenzen für die Hypoxie-induzierbaren Faktoren HIF-1α und HIF-2α, aber auch epigenetische Regulationsmechanismen über Jumonji-Histon-Demethylasen (JHDM) abzuleiten. Diesbezüglich wollten wir erforschen, welche genomweiten HIF-Bindungsstellen in Makrophagen existieren, wie die Stabilisierung von HIF-1 bzw. HIF-2 in Makrophagen deren Verhalten im Tumorkontext beeinflusst und welche funktionellen Veränderungen von chronischer im Vergleich zur akuten Hypoxie hervorgerufen werden. Im Projekt war es möglich, unsere Hypothesen und Überlegungen weitgehend zu verifizieren, bzw. zu bestätigen. Die Stabilisierung der HIF-α-Untereinheiten durch ROS bzw. NO unterstützt die Bedeutung HIF-1/HIF-2-vermittelter Signale unter Normoxie, u.a. in aktivierten Makrophagen. Durch ChIP-Seq-Analysen gelang erstmals der Nachweis genomweiter Bindungsstellen für HIF-1α bzw. HIF-2α in Makrophagen und einem daraus resultierendem Verständnis distinkter HIF-1/HIF-2-Bindungscharakteristika und möglicher Zielgensteuerung. Neue Erkenntnisse bezüglich einer Genaktivierung durch kanonische, aber auch nicht-kanonische Signale ergaben sich durch die Berücksichtigung akuter vs. chronischer hypoxischer Episoden. Neben einer von uns erarbeiteten Definition für chronischen Hypoxie belegen die Daten, dass Mitochondrien die Effektivität ihrer Elektronentransportkette durch eine veränderte Komplex I-Assemblierung unter chronischer Hypoxie reduzieren, um dadurch die mitochondriale ROS-Bildung zu erniedrigen. Eine Konsequenz ist die damit einhergehende metabolische Anpassung und erhöhte Verstoffwechselung von Fettsäuren gegenüber Glukose. Noch nicht abgeschlossene Untersuchungen mittels SLAM-Seq zeigen, dass unter Hypoxie die de novo mRNA-Synthese vieler, an der Cholesterinbiosynthese beteiligten Enzyme, reguliert ist. Dieser gänzlich neue Befund könnte, so unsere Hypothese, für die immun-regulatorischen Funktionen von Makrophagen unter Sauerstoffmangel relevant sein und zu den vielfältigen Antworten hypoxischer Makrophagen beitragen.

Links:

Institut für Biochemie I (http://www.pathobiochemie1.de)