Untersuchungen zur Biologie des Kationen-Chlorid-Kotransporters in der aufsteigenden Schleife der Säugerniere
Final Report Abstract
Über den Förderzeitraum konnten die gesteckten Ziele im Projekt TP2 in ihren wesentlichen Punkten alle erreicht und die Daten in internationalen Fachzeitschriften publiziert werden. Neue Aspekte zur Funktion der aufsteigenden Schleife und des distalen Konvoluts der Säugerniere konnten erarbeitet werden. Die Stimulation der Resorptionsleistung durch Vasopressin (antidiuretisches Hormon; ADH) spielt für beide Segmente eine signifikante Rolle, wie in Modellorganismen (Maus, Ratte) und Zellmodellen gezeigt wurde. Die Kurzzeitanpassung distaler Epithelien über Trafficking und apikale Phosphorylierung der Kationen-Chlorid-Transporter NKCC2 und NCC wurde illustriert. Langzeiteffekte von ADH zeigten ebenso eine nachhaltige Aktivitätssteigerung beider Transporter; mit Blick auf Hypertonie und Volumenüberladung über die betroffenen Nephronabschnitte ergaben sich neue Perspektiven für den Diuretikaeinsatz. Dieser betraf besonders den Einsatz von Thiaziddiuretika. Das Lipid raft-assoziierte Tamm-Horsfall-Glykoprotein (THP) wurde in seiner Rolle als funktionelle Komponente bei der Aktivierung des NKCC2 bestätigt. Die Aufgabe von THP beim Trafficking im Epithel der aufsteigenden Schleife wurde vertieft und über diverse Ansätze mechanistisch bewiesen. Als Kandidatenprotein aus dem vorangegangenen Screening-Ansatz wurde das Phospholipase A2-Isoenzym iPLA2ß als Negativ-Regulator der NKCC2-Aktivität in der aufsteigenden Schleife identifiziert; es entfaltet seine Wirkung offenbar über geregelte Eicosanoid-Freisetzung. Die Funktion von Annexin A2 als dynamischer Modulator der endokrin über ADH oder durch den Status des Ionenhaushalts gesteuerten Aktivität von NKCC2 wurde belegt. Über die Insertion des Transporters in Vesikelmembranen und hier besonders in Lipid raft-Mikrodomänen wurde Annexin A2 als permissiver Baustein bzw. als dynamischer Modulator für die aufsteigende Schleife identifiziert. Schließlich wurde ein wesentlicher Anteil des Projektes den an der Regulation der Transporter beteiligten Phosphokinasen und Phosphatasen gewidmet. Die ADH-WNK-SPAK/OSR1-NKCC2/NCC Signaltransduktionskette wurde experimentell segmentbezogen analysiert und im distalen Nephron damit eine Reihe neuer Funktionsaspekte geschaffen. Grundlegende und klinisch anwendbare Einsichten, insbesondere auch hier den Einsatz selektiver Diuretikatherapie bei Volumenproblemtaik im Verein mit Immunsuppression betreffend, haben sich aus diesen Arbeiten ergeben. Die hier geschilderten Projektergebnisse haben zwei anschliessende, DFG-geförderte Forschungsvorhaben (Bachmann/Mutig) sowie anteilig die Initiative für einen Sonderforschungsbereich (Persson/Bachmann et al.) möglich gemacht.
Publications
- 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.
(See online at https://doi.org/10.1152/ajprenal.00295.2009) - 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.
(See online at https://doi.org/10.1152/ajprenal.00476.2009) - 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.
(See online at https://doi.org/10.1128/MCB.01560-09) - 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.
(See online at https://doi.org/10.1016/j.cmet.2011.07.009) - 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.
(See online at https://doi.org/10.1074/jbc.M111.222968) - 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.
(See online at https://doi.org/10.1038/nm.2497) - 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.
(See online at https://doi.org/10.1152/ajprenal.00222.2011) - 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.
(See online at https://doi.org/10.1681/ASN.2012040404) - Annexin A2 mediates apical trafficking of renal Na⁺-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.
(See online at https://doi.org/10.1074/jbc.M113.540948) - 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.
(See online at https://doi.org/10.1172/JCI76126)
