FOR 667:  Epitheliale Mechanismen der renalen Volumenregulation

• Fachliche Zuordnung: Medizin
• Förderung: Förderung von 2005 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 16133448

• Erstellungsjahr: 2017

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Die wissenschaftlichen Aktivitäten in den Teilprojekten der Forschergruppe "Epitheliale Mechanismen der renalen Volumenregulation" haben zu innovativen, den Wissensstand programmgemäß erweiternden Publikationen mit internationaler Sichtbarkeit geführt. Die Ergebnisse im Einzelnen: VPS10P domain-Rezeptoren wurden mit Bezug auf renalen Ionen- (SORLA) und Wassertransport (sortilin) charakerisiert. Das Rezeptor-vermittelte Sorting der Kinase SPAK wurde als der molekulare Mechanismus identifiziert, durch welchen SORLA die Oberflächenexpression und Aktivierung des Na,K,Cl-Kotransporter NKCC2 in der aufsteigenden Schleife bewirkt (T. Willnow). Im distalen Nephron wurde antidiuretisches Hormon (ADH) als stimulierend für die Aktivierung der Kationen- Chloridtransporter NKCC2 und NCC definiert. Stationen der Signalkette zwischen basolateraler Rezeptorbindung, Trafficking, Einbindung in Lipid rafts und Oberfächenexpression der Transporter wurden identifiziert. Hierzu gehörten das Tamm Horsfall Protein, Annexin A2 als dynamischer Modulator für Raft-Integration, die Phospholipase iPLA2ß als Negativregulator, sowie die Kinasen WNK, SPAK und OSR1 und die Phosphatase Calcineurin mit jeweils differentiell bestimmendem Einfluss auf die distalen Segmente (S. Bachmann). Untersuchungen zur Aktivierung des Wasserkanals AQP2 führten zur Identifikation der Rolle der V-ATPase bei der cAMP-abhängigen Translokation und Oberfächenexpression von AQP2. ADH-kontrollierte, PKA- und p38MAPK- abhängige Signalgebung bestimmt die Stabilität von AQP2 in Hauptzellen; ein beteiligter Proteinkomplex bildet sich hierbei aus AQP2, PKA, CDK18 und der E3-Ligase Stub1. CDK18 phosphoryliert und Stub1 ubiquitiniert AQP2 (E. Klussmann, W. Rosenthal). Ein im Sammelrohr aktives Protein, Grainyhead-like 2 (Grhl2), wurde als essentieller Regulator für epitheliale Barrierefunktionen und zelluläre Morphogenese im Sammelrohr der Niere identifiziert. Grhl2- defiziente Mäuse waren embryonal-lethal und wiesen Defekte einer Vielzahl von Epithelien auf. Proteine der Tight junctions und der Adherens junctions waren betroffen (K. Schmidt-Ott). In Ratten wurde ein Transgenkonstrukt eingesetzt, das unter der Kontrolle des KAP Promotors im proximalen Tubulus Bradykinin freisetzt; Diurese und Natriurese sowie Veränderungen der sympathischen Kontrolle kardiovaskulärer und renaler Parameter waren die Folge (M. Bader). Molekulare Mechanismen der apikalen Endozytoseaktivität des proximalen Tubulus wurden mit Blick auf die CLC Proton-Anionenaustauscher untersucht. Es wurde gezeigt, dass nur ClC-5 diesen Prozess beeinflusst, während ClC-3 und -4, auch auf dem Hintergrund des ClC-5 KOs, keinen Einfluss auf die Endozytose haben; ClC-7 ist essentieller Kanal für die lysosomale Proteindegradation (T. Jentsch). In Modellen glomerulärer Defekte wurden Ursachen für eine epitheliale Volumenretention erforscht. Verschiedene Proteasen, insbesondere die Serinprotease Corin, spalteten extrazelluläre Schleifen der Untereinheiten des epithelialen Natriumkanals vermehrt unter Proteinurie; Hinweise auf eine resultierende Transportaktivierung ließen distal-tubulär und im Sammelrohrepithel lokalisierte, intensivierte Na-Resorption ursächlich erscheinen. Vergleichend wurden Endozytoseparameter mit Blick auf die proximale Resorptionstätigkeit evaluiert (F. Theilig, H. Peters). Substantielle Interaktionen zwischen den Gruppen und wissenschaftlicher Erfolg der ersten Förderperiode konnten mit diesen Ergebnissen der zweiten Förderperiode fortgeführt und deutlich erweitert werden.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Delayed blockade of the kinin B1 receptor reduces renal inflammation and fibrosis in obstructive nephropathy. FASEB J. 2009, 23:134-142
  Klein J, Gonzalez J, Duchene J, Esposito L, Pradere JP, Neau E, Delage C, Calise D, Ahluwalia A, Carayon P, Pesquero JB, Bader M, Schanstra JP, Bascands J-L
  
• Genetic deletion of the angiotensin(1-7) receptor Mas leads to glomerular hyperfiltration and microalbuminuria. Kidney Int. 2009, 75: 1184-1193
  Pinheiro SVB, Ferreira AJ, Kitten GT, da Silveira KD, da Silva DA, Santos SHS, Gava E, Castro CH, Magalhaes JA, da Mota RK, Botelho-Santos GA, Bader M, Alenina N, Santos RA, Simoes e Silva AC
  
• Connexin 37 is localized in renal epithelia and responds to changes in dietary salt intake. Am J Physiol-Renal. 2010;298(1):F216-23
  Stoessel A., Himmerkus N., Bleich M., Bachmann S. & Theilig F.
  
• Intrarenal renin angiotensin system revisited: role of megalin-dependent endocytosis along the proximal nephron. J Biol Chem. 2010, 285:41935-41946
  Pohl M, Kaminski H, Castrop H, Bader M, Himmerkus N, Bleich M, Bachmann S, Theilig F
  
• Short-term stimulation of the thiazide-sensitive Na+- Clcotransporter by vasopressin involves phosphorylation and membrane translocation. Am J Physiol-Renal. 2010;298(3):F502-9
  Mutig K., Saritas T., Uchida S., Kahl T., Borowski T., Paliege A., Böhlick A., Bleich M.,Shan Q. & Bachmann S.
  
• SORLA/SORL1 functionally interacts with SPAK to control renal activation of Na(+)-K(+)- Cl(-) cotransporter 2. Mol Cell Biol. 2010;30(12):3027-37
  Reiche J., Theilig F., Rafiqi F.H., Carlo A.S., Militz D., Mutig K., Todiras M., Christensen E.I., Ellison D.H., Bader M., Nykjaer A., Bachmann S., Alessi D. & Willnow T.E.
  
• SORLA/SORL1 functionally interacts with SPAK to control renal activation of Na+-K+-Cl- cotransporter 2. Mol Cell Biol. 2010, 30:3027-3037
  Reiche J, Theilig F, Rafiqi FH, Militz D, Mutig K, Todiras M, Christensen EI, Ellison DH, Bader M, Nykjaer A, Bachmann S, Alessi D, Willnow TE
  
• The transcription factor grainyhead-like 2 (Grhl2) regulates molecular composition of the epithelial apical junctional complex. Development. 2010, 137:3835-3845
  Werth M, Walentin K, Aue A, Schönheit J, Wübken A, Pode-Shakked N, Vilianovich L, Erdmann B, Dekel B, Bader M, Barasch J, Rosenbauer F, Luft FC, Schmidt-Ott KM
  
• A SPAK isoform switch modulates renal salt transport and blood pressure. Cell Metab. 2011;14(3):352-64
  McCormick J.A., Mutig K., Nelson J.H., Saritas T., Hoorn E.J., Yang C.L., Rogers S., Curry J., Delpire E., Bachmann S. & Ellison D.H.
  
• Activation of the bumetanide-sensitive Na+,K+,2Cl- cotransporter (NKCC2) is facilitated by Tamm-Horsfall protein in a chloride-sensitive manner. J Biol Chem. 2011;286(34):30200-10
  Mutig K., Kahl T., Saritas T., Godes M., Persson P., Bates J., Raffi H., Rampoldi L.,Uchida S., Hille C., Dosche C., Kumar S., Castañeda-Bueno M., Gamba G. &Bachmann S.
  
• Prorenin receptor is essential for podocyte autophagy and survival. J Am Soc Nephrol. 2011; 22:2193-2202
  Riediger F, Quack I, Qadri F, Hartleben B, Park JK, Potthoff SA, Sohn D, Sihn G, Rousselle A, Fokuhl V, Maschke U, Purfurst B, Schneider W, Rump LC, Luft FC, Dechend R, Bader M, Huber TB, Nguyen G, Müller DN
  
• The calcineurin inhibitor tacrolimus activates the renal sodium chloride cotransporter to cause hypertension. Nat Med. 2011;17(10):1304-9
  Hoorn E.J., Walsh S.B., McCormick J.A., Fürstenberg A., Yang C.L., Roeschel T.,Paliege A., Howie A.J., Conley J., Bachmann S., Unwin R.J. & Ellison D.H.
  
• Group VIA phospholipase A2 is a target for vasopressin signaling in the thick ascending limb. Am J Physiol-Renal. 2012;302(7):F865-74
  Paliege A., Roeschel T., Neymeyer H., Seidel S., Kahl T., Daigeler A.L., Mutig K., Mrowka R., Ferreri N.R., Wilson B.S., Himmerkus N., Bleich M. & Bachmann S.
  
• SPAK differentially mediates vasopressin effects on sodium cotransporters. J Am Soc Nephrol. 2013;24(3):407-18
  Saritas T., Borschewski A., McCormick J.A., Paliege A., Dathe C., Uchida S., Terker A., Himmerkus N., Bleich M., Demaretz S., Laghmani K., Delpire E., Ellison D.H., Bachmann S. & Mutig K.
  
• Annexin A2 mediates apical trafficking of renalNa⁺-K⁺- 2Cl⁻ cotransporter. J Biol Chem. 2014;289(14):9983-97
  Dathe C., Daigeler A.L., Seifert W., Jankowski V., Mrowka R., Kalis R., Wanker E.,Mutig K., Bachmann S. & Paliege A.
  
• Hyperkalemic hypertension-associated cullin 3 promotes WNK signaling by degrading KLHL3. J Clin Invest. 2014;124(11):4723-36
  McCormick J.A., Yang C.L., Zhang C., Davidge B., Blankenstein K.I., Terker A.S.,Yarbrough B., Meermeier N.P., Park H.J., McCully B., West M., Borschewski A.,Himmerkus N., Bleich M., Bachmann S., Mutig K., Argaiz E.R., Gamba G., Singer J.D. & Ellison D.H.
  
• Stretchactivation of angiotensin II type 1a receptors contributes to the myogenic response of mouse mesenteric and renal arteries. Circ Res 2014;115:263-272
  Schleifenbaum J, Kassmann M, Szijarto I, Hercule H, Tano JY, Weinert S, Heidenreich M, Pathan A, Anistan Y, Alenina N, Rusch N, Jentsch T, Bader M, Gollasch M
  
• Demonstration of the functional impact of vasopressin signaling in the thick ascending limb by a targeted transgenic rat approach. Am J Physiol Renal Physiol 2016;311:F411-F423
  Mutig K, Borowski T, Boldt C, Borschewski A, Paliege A, Popova E, Bader M, Bachmann S
  
• Neprilysin is a Mediator of Alternative Renin-Angiotensin-System Activation in the Murine and Human Kidney. Sci Rep 2016;6:33678
  Domenig O, Manzel A, Grobe N, Konigshausen E, Kaltenecker CC, Kovarik JJ, Stegbauer J, Gurley SB, van OD, Antlanger M, Bader M, Motta-Santos D, Santos RA, Elased KM, Saemann MD, Linker RA, Poglitsch M
  
• Calcineurin inhibitor cyclosporine A activates renal Na-K-Cl cotransporters via local and systemic mechanisms. Am J Physiol Renal Physiol 2017;312:F489-F501
  Blankenstein KI, Borschewski A, Labes R, Paliege A, Boldt C, McCormick JA, Ellison DH, Bader M, Bachmann S, Mutig K