Forschung

Das Spike Protein von HIV-1 ist mit einem Cluster von oligomannosidischen Glykanen versehen die neutralisierende Antikörpern (bnAbs) induzieren können. Während sich solche nAbs in einigen HIV-infizierten Personen autonom entwickeln können, sind alle Versuche derartige schützenden Antikörper durch Immunisierung zu generieren bisher gescheitert. Die methodischen Ansätze dazu basierten auf der Herstellung von oligomannosidischen Clustern, die an Trägerproteine gekoppelt wurden. Die Schwierigkeit, damit neutralisierende Antikörper zu erzeugen, liegt vor allem an der Immuntoleranz gegenüber diesen körpereigenen Kohlenhydrat-Strukturen. Im Projekt wird nunmehr versucht durch Verwendung von oligomannosidischen Mimetika diese Toleranzmechanismen auszuschalten und die Kohlenhydratantigene in einem "fremden" Milieu zu präsentieren um die Bildung von kreuz-reaktiven Antikörpern zu stimulieren. Im Vorprojekt konnte gezeigt werden dass entsprechende CRM197-konjugate mit hoher Avidität von einigen Oligomannose-spezifischen Antikörpern sowie auch von deren Keimbahnvarianten und von rekombinanten HIV-1 SOSIP Trimeren gebunden wurden. Für diese Aktivitäten ist jedoch der Zusatz von einem TLR4-stimulierenden Th1-Adjuvans (GLA-SE) erforderlich. Im Projekt sollen diese Arbeiten mit dem Schwerpunkt auf weitere Kohlenhydratmimetika und optimierten Immunisierungsexperimenten mit neuen Adjuvantien weiter vertieft werden. Die Ergebnisse sollten die Basis für künftige präklinische Studien liefern und einen Beitrag für neue HIV-Vakzinstrategien leisten.

Der Rezeptor CLEC-2 ist an zwei wichtigen Prozessen der Thrombozytenbiologie beteiligt: der Trennung von Blut- und Lymphgefäßen und der Thrombose. Damit ist CLEC2 ein potenzielles Target für Medikamente bei Wundheilung, Entzündungen, Infektionen und Krebs, sowie der Behandlung von thrombo-entzündlichen Erkrankungen. Allerdings darf eine Therapie keine Störung der Hämostase verursachen. Zwar hat die Vergangenheit Einblicke in die CLEC-2-Liganden-Interaktionen gebracht und die resultierenden Signalkaskaden wurden besser verstanden, jedoch sind die Mechanismen, durch die die biologischen Funktionen gesteuert werden, noch immer wenig erklärt. Dies liegt an einem Mangel an chemischen Tools. Wie zum Beispiel die Rezeptorclustering die Signalübertragung und Verarbeitung von Liganden des CLEC-2 steuert ist noch wenig verstanden. In diesem Projekt wird eine Thrombozyten-spezifische, liposomale Plattform entwickelt, die mechanistische Studien erlaubt und ein zielgerichtetes Delivery ermöglicht. Nanopartikel werden mit natürlichen oder hochaffinen, synthetischen CLEC-2-Liganden konjugiert. Damit eröffnet sich die Möglichkeit, die Ligandenaffinität und -dichte auf den Nanopartikeln zu kontrollieren. Mit diesen Partikeln kann dann mehr über die Rolle des CLEC-2 in der Thrombozytenbiologie in Erfahrung gebracht werden. Weiterhin kann CLEC-2 als therapeutisches Ziel für niedermolekulare Inhibitoren und für das Delivery von RNA Therapeutika erkundet werden.

Weiterer Forschungskontext: Der Bedarf der heutigen Gesellschaften mit ständig wachsender Bevölkerung an Nahrungsmitteln, Energie und Materialien steigt dramatisch an, was zu einem deutlichen Bedarf an einer höheren Pflanzenproduktivität führt. Die Verbesserung von Kulturpflanzen für die Produktion von Nahrungsmitteln, Fasern und Biokraftstoffen wird von einem genaueren Verständnis der Immunfunktion von Pflanzen stark profitieren. Pflanzen erkennen und reagieren auf Angriffe von Krankheitserregern mit Hilfe eines Teils des pflanzlichen Immunsystems, das auf der Erkennung von exogenen Mikroben-assoziierten Molekülmustern (MAMPs) und endogenen Gefahren-assoziierten Molekülmustern (DAMPs) durch Mustererkennungsrezeptoren (PRRs) wie Rezeptor-Like-Kinasen (RLKs) beruht. Trotz der großen Anzahl von RLKs in Pflanzen und der dominierenden Präsenz von Glykanen in den Zellwänden von Pflanzen, Bakterien und Pilzen wurde nur eine Handvoll Glykane gefunden, die pflanzliche Immunreaktionen auslösen, und nur für zwei von ihnen sind die entsprechenden Rezeptoren beschrieben worden. Wir haben kürzlich zwei neue Glykan-RLK-Paare identifiziert, indem wir Glykan-Arrays mit heterolog exprimierten extrazellulären RLK-Domänen abgefragt haben, und die Immunaktivitäten dieser Glykane in vivo bestätigt. Zielsetzung: Unser Ziel ist es, die pflanzlichen Polysaccharide Rhamnogalacturonan-I (RG-I) und Galactomannan (GM) als neue DAMPs für die Aktivierung der angeborenen Immunität von Pflanzen zu etablieren und die genauen molekularen Muster zu bestimmen, die von ihren kognitiven RLKs erkannt werden. Herangehensweise: Die chemische Synthese von Sammlungen von RG-I- und GM-Oligosacchariden wird die Glykan-Array-basierte Charakterisierung der kürzlich entdeckten RG-I- und GM-bindenden RLKs ermöglichen. Nach der Hit-Validierung in weiteren biophysikalischen Assays werden die identifizierten Oligosaccharide in vivo auf ihr Potenzial zur Stimulierung der ROS-Produktion, MAP-Kinase-Aktivierung und Induktion von Abwehrgenen als Kennzeichen der Immunaktivierung untersucht. Innovation: Der einzigartige Ansatz, synthetische Kohlenhydratchemie und Glykanarrays mit der Erforschung der Pflanzenimmunität zu kombinieren, wird die Aufklärung raffinierter molekularer Strukturen mit maximaler Kapazität zur Auslösung von Immunreaktionen ermöglichen. Die gewonnenen Erkenntnisse werden die Entwicklung von Präparaten aus Glykanmolekülen zur Stärkung des pflanzlichen Immunsystems erleichtern und den Einsatz herkömmlicher Pestizide überflüssig machen.