AG Grimm

Leitung

Prof. Dr. rer. nat. Dr. phil. Christian Michael Grimm

Wir forschen an der physiologischen Rolle und den Aktivierungsmechanismen endolysosomaler Ionenkanäle

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Eine Störung der Lysosome kann zu Krankheiten wie Mukolipidosen führen. Sie spielt auch eine Rolle bei der Entwicklung von häufigen neurodegenerativen Erkrankungen wie Alzheimer und Parkinson, Stoffwechselstörungen, Netzhauterkrankungen, Pigmentstörungen sowie Mangel an Spurenelementen wie Eisen. Auch Krebs und Immunerkrankungen sind betroffen. Die korrekte Funktion von Lysosomen, Endosomen und damit verbundenen Organellen erfordert die genaue Regulierung von Fusion und Spaltung sowie der Konzentration von Protonen und anderen Kationen im endolysosomalen System. Kürzlich wurde festgestellt, dass die drei TRPML-Kationenkanäle (TRPML1, 2 und 3) sowie Zwei-Poren Kanäle (TPC1 und 2) wichtige Regulatoren dieser Prozesse sind und für die Kommunikation zwischen den verschiedenen Vesikeln im endolysosomalen System wichtig sind. Um die physiologischen Rollen und Aktivierungsmechanismen dieser Ionenkanäle genauer zu untersuchen, verwenden wir verschiedene Techniken wie Patch-Clamp, molekulare und zellbiologische Methoden sowie Knockout-Mausmodelle. Unser Ziel ist es, das Potenzial dieser Ionenkanäle als mögliche Ziele für die Behandlung verschiedener Krankheiten zu erforschen.

Versuche

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iPSC Zellkultur

Induzierte pluripotente Stammzellen (iPSCs) sind eine Art von Stammzellen, die durch die Umprogrammierung erwachsener Zellen, wie zum Beispiel Hautzellen, in einen vielseitigen Zustand erzeugt werden können. iPSCs besitzen die bemerkenswerte Fähigkeit, sich in verschiedene Zelltypen des Körpers zu entwickeln, darunter Neuronen, Herzzellen oder Leberzellen. Für die Untersuchung von LSD-Mutationen können iPSCs genutzt werden, um Nervenzellen mit bestimmten Eigenschaften, wie zum Beispiel kortikale und dopaminerge Neuronen, zu erzeugen. Anschließend können diese Neuronen mit verschiedenen Substanzen behandelt werden, um potenzielle zukünftige Therapien für damit verbundene Krankheiten zu identifizieren.

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Opera Phenix High-Content Imager

Die Opera Phenix ist ein fortschrittliches Bildgebungssystem, das ein konfokales Spinning-Disc-Mikroskop für hochauflösende Bildgebung verwendet. Es ermöglicht eine schnelle Datenerfassung in multi Well-Platten und bei hoher Auflösung, was es äußerst effizient macht. Mit Hilfe automatisierter Analysealgorithmen ermöglicht es eine objektive Erfassung und Auswertung von Daten. Darüber hinaus bietet es CO2- und Temperaturregulierung, um Live-Bildgebungsexperimente zu ermöglichen.

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Endolysosomal Patch-Clamp

Die endolysosomale Patch-Clamp-Technik wird zur elektrophysiologischen Charakterisierung von Ionenkanälen in endolysosomalen Membranen verwendet. Dabei wird eine Patch-Clamp-Konfiguration an der Membran vergrößerter endolysosomaler Vesikel erstellt. Durch Anlegen einer Spannung und Aufzeichnung der daraus resultierenden elektrischen Aktivität können detaillierte Erkenntnisse über die Funktion und Regulierung endolysosomaler Ionenkanäle gewonnen werden, die eine wichtige Rolle bei zellulären Prozessen und Krankheitsmechanismen spielen.

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Confocal Imaging

Konfokale Bildgebung ist eine Technik, die verwendet wird, um hochauflösende Bilder von Proben wie Zellen oder Geweben mit verbesserter Klarheit und Kontrast zu erfassen. Sie funktioniert durch den Einsatz einer Lochblende, um außerhalb des Fokus liegendes Licht zu eliminieren, was zu schärferen Bildern mit besserer optischer Trennung führt. Durch das schrittweise Abtasten der Probe ermöglicht die konfokale Bildgebung eine dreidimensionale Rekonstruktion und Visualisierung des Untersuchungsobjekts.

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Ca2+ Imaging

In der Forschung zu TRPML- und TPC-Kanälen wird die Ca2+-Bildgebung eingesetzt, um die Aktivität von Ca2+ Kationen in Zellen zu untersuchen. Durch die Verwendung von fluoreszierenden Farbstoffen, die an Ca2+ binden, können Veränderungen des Calciumspiegels in Echtzeit visualisiert werden. Durch die Analyse der Calciumfluktuationen können Erkenntnisse über die Funktion und Regulation dieser Kanäle gewonnen werden, was zur Entwicklung von Behandlungsansätzen für damit verbundene Krankheiten beitragen kann.

Publikationen

Martucci LL, Launay JM, Kawakami N, Sicard C, Desvignes N, Dakouane-Giudicelli M, Spix B, Têtu M, Gilmaire F-O, Paulcan S, Callebert J, Vaillend C, Bracher F, Grimm C, Fossier P, de la Porte S, Sakamoto S, Morris J, Galione A, Granon S, Cancela J-M: Endo-lysosomal two-pore channels regulate social behaviour by controlling oxytocin and vasopressin secretion. PNAS 2023 120(7):e2213682120. doi: 10.1073/pnas.2213682120.

Laqtom NN, Dong W, Medoh UN, Cangelosi AL, Dharamdasani V, Chan SH, Kunchok T, Lewis CA, Heinze I, Tang R, Grimm C, Do AND, Porter FD, Ori A, Sabatini DM, Abu-Remaileh M: CLN3 is required for the efflux of glycerophosphodiesters from lysosomes. Nature 2022 Sep 21. doi: 10.1038/s41586-022-05221-y.

Scotto Rosato A*, Krogsaeter E*, Jaślan D, Abrahamian C, Montefusco S, Soldati C, Spix B, Böck J, Pizzo, MT, Grieco, G., Wyatt A, Wünkhaus D, Passon M, Stieglitz M, Keller M, Hermey G, Markmann S, Gruber-Schoffnegger D, Cotman S, Johannes L, Crusius D, Boehm U, Wahl-Schott C, Biel M, Bracher F, De Leonibus, E, Polishchuk E, Medina DL, Paquet D, Grimm C#: TPC2 rescues lysosomal storage in mucolipidosis type IV, Niemann-Pick type C1 and Batten disease. EMBO Mol Med 2022.Sep 7;14(9):e15377. doi: 10.15252/emmm.202115377.

Yuan Y, Jaślan D, Rahman T, Bolsover SR, Arige V, Wagner LE, Abrahamian C, Keller M, Hartmann J, Scotto Rosato A, Weiden E-M, Bracher F, Yule DI, Grimm C#, Patel, S: Segregated cation flux by TPC2 biases Ca2+ signaling through lysosomes. Nature Commun 2022 Jan 14;13(1):318. doi: 10.1038/s41467-021-27860-x.

Spix B, Butz ES, Chen C-C, Scotto Rosato A, Tang R, Jeridi A, Kudrina V, Plesch E, Wartenberg P, Arlt E, Briukhovetska D, Ansari M, Günes Günsel G, Conlon TM, Wyatt A, Wetzel S, Teupser D, Holdt LM, Ectors F, Boekhoff I, Boehm U, García-Añoveros J, Saftig P, Giera M, Kobold S, Schiller HB, Zierler S, Gudermann T, Wahl-Schott C, Bracher F, Yildirim AÖ, Biel M, Grimm C#: Lung emphysema and impaired macrophage elastase clearance in mucolipin 3 deficient mice. Nature Commun 2022 Jan 13(1):318. doi: 10.1038/s41467-021-27860-x.

Soldati C, Lopez-Fabuel I, Wanderlingh LG, Garcia-Macia M, Monfregola J, Esposito A, Napolitano G, Guevara-Ferrer M, Scotto Rosato A, Krogsaeter EK, Paquet D, Grimm C, Montefusco S, Braulke T, Storch S, Mole SE, De Matteis MA, Ballabio A, Sampaio JL, McKay T, Johannes L, Bolaños JP, Medina DL. Repurposing of tamoxifen ameliorates CLN3 and CLN7 disease phenotype. EMBO Mol Med 2021 Aug 19:e13742. doi: 10.15252/emmm.202013742. Online ahead of print.

Chen C-C, Krogsaeter E, Butz E, Li Y, Puertollano R, Wahl-Schott C, Biel M, Grimm C#: TRPML2 is an osmo-/mechano-sensitive cation channel in endolysosomal organelles. Science Adv, 6(46):eabb5064, 2020.

Arlt E, Fraticelli M, Tsvilovskyy V, Nadolni W, Breit A, O'Neill TJ, Resenberger S, Wennemuth G, Wahl-Schott C, Biel M, Grimm C, Freichel M, Gudermann T, Klugbauer N, Boekhoff I, Zierler S. TPC1 deficiency or blockade augments systemic anaphylaxis and mast cell activity. PNAS 2020 Jul 13:201920122. doi: 10.1073/pnas.1920122117. Online ahead of print. PMID: 32661165.

Scotto Rosato, A., Montefusco, S., Soldati, C., Di Paola, S., Capuozzo, A., Monfregola, J. Polishchuk, E., Amabile, A., Grimm, C., Lombardo, A., De Matteis, M.A., Ballabio, A., Medina, D.L. TRPML1 links lysosomal calcium to autophagosome biogenesis through the activation of the CaMKKβ/VPS34 pathway. Nature Commun 10:5630, 2019.

Goodridge, J., Jacobs, B., Saetersmoen, M., Clement, D., Clancy, T., Skarpen, E., Brech, A., Landskron, J., Grimm, C., Pfefferle, A., Meza-Zepeda, L., Lorenz, S., Thune Wiiger, M., Louch, W.E., Heggernes Ask, F., Liu. L.L., Yi Sheng Oei, V., Kjällquist, U., Linnarsson, S., Patel, S., Taskén, K., Stenmark, H., Malmberg, K.-J. TRPML1-mediated modulation of dense-core granules determines functional potential in NK cells. Nature Commun 2019 Jan 31;10(1):514. doi: 10.1038/s41467-019-08384-x.

Villella, V.R., Venerando, A., Cozza, G., Esposito, S., Ferrari, E., Monzani, R., Spinella, M.C., Oikonomou, V., Renga, G., Tosco, A., Rossin, F., Guido, S., Bear, C.E., Silano, M., Garaci, E., Chao, Y.-K., Grimm, C., Luciani, A., Romani, L., Piacentini, M., Raia, V., Kroemer, G. & Maiuri, L. A pathogenic role for cystic fibrosis transmembrane conductance regulator in celiac disease. EMBO J 2019 Jan 15;38(2). pii: e100101. doi: 10.15252/embj.2018100101. Epub 2018 Nov 29.

Chao Y-K, Schludi V, Chen C-C, Butz E, Nguyen, P., Müller, M., Krüger J, Kammerbauer C, Vollmar, A., Berking C, Biel M, Wahl-Schott C, Grimm C#: TPC2 polymorphisms associated with a human hair pigmentation phenotype result in gain of channel function by independent mechanisms. PNAS 114:E8595-E8602, 2017.

Chen C-C, Chunlei C, Fenske S, Butz E, Chao Y-K, Biel M, Ren D, Wahl-Schott C, Grimm C#: Patch clamp technique to characterize ion channels in individual intact endolysosomes. Nature Protoc 12:1639-1658, 2017.

Ruas M, Davis LC, Chen C-C, Morgan AJ, Chuang K-T, Walseth TF, Grimm C, Garnham C, Powell T, Biel M, Wahl-Schott C, Parrington J, Galione A: Expression of Ca²⁺-permeable two-pore channels rescues NAADP signalling in TPC-deficient cells. EMBO J 34:1743-1758, 2015.

Sakurai Y, Kolokoltsov AA, Chen C-C, Tidwell MW, Bauta WE, Klugbauer N, Grimm C, Wahl-Schott C, Biel M, Davey RA: Two pore channels control Ebolavirus host cell entry and are drug targets for disease treatment, Science 347:995-998, 2015.

Chen C-C, Keller M, Hess M, Schiffmann R, Urban N, Wolfgardt A, Schaefer M, Bracher F, Biel M, Wahl-Schott C, Grimm C#: A small molecule restores function to TRPML1 mutant isoforms responsible for mucolipidosis type IV. Nature Commun 5:4681, 2014.

Grimm C, Holdt LM, Chen C-C, Hassan S, Müller C, Jörs S, Cuny H, Kissing S, Schröder B, Butz E, Northoff B, Castonguay J, Luber CA, Moser M, Spahn S, Lüllmann-Rauch R, Fendel C, Klugbauer N, Griesbeck O, Haas A, Mann M, Bracher F, Teupser D, Saftig P, Biel M, Wahl-Schott C: High susceptibility to fatty liver disease in two-pore channel 2-deficient mice. Nature Commun 5:4699, 2014.

Aneiros E, Cao L, Papakosta M, Stevens EB, Phillips SC, Grimm C#: Biophysical and molecular basis of TRPV1 proton gating. EMBO J 30:994-1002, 2011.

Grimm C, Cuajungco MP, van Aken AFJ, Schnee M, Jörs S, Kros CJ, Ricci AJ, Heller S: A helix-breaking mutation in TRPML3 leads to constitutive activity underlying deafness in the varitint-waddler mouse. PNAS 104:19583-19588, 2007.

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