Molekulare Kontrolle der Glattmuskeldifferenzierung in der Entwicklung des murinen Harnleiters

• Antragsteller: Professor Dr. Andreas Kispert
• Fachliche Zuordnung: Entwicklungsbiologie
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 207786640

Die peristaltische Kontraktilität des Harnleiters wird durch eine äußere mesenchymale Gewebsschicht vermittelt, die aus Glattmuskel- und Bindegewebszellen aufgebaut ist. Diese differenzierten Zelltypen entstehen durch einen vielstufigen Entwicklungsprozess aus undifferenzierten mesenchymalen Vorläufern. Obwohl angeborene Defekte im peristaltisch aktiven Gewebsanteil des Harnleiters häufig sind und zu massiven Beeinträchtigungen der Nierenfunktion führen können, ist über die molekularen Programme, welche die Glattmuskeldifferenzierung in diesem Organ regulieren, nur wenig bekannt. Wir haben durch genetische Analysen in der Maus in der ersten Förderperiode gezeigt, dass der SHH Signalweg die Proliferation und Glattmuskeldifferenzierung der inneren Mesenchymschicht im embryonalen Harnleiter steuert. Diese Funktionen des SHH Signalwegs werden vollständig durch den Forkhead Transkriptionsfaktor FOXF1 vermittelt. FOXF1 aktiviert die Expression von Bmp4, und kooperiert mit den AKT und SMAD-Zweigen des intrazellulären BMP4 Signalwegs in der weiteren Ausführung dieser zellulären Programme. Zusätzlich haben wir SRF/GATA6, FGFR2 und PDGFRA als Faktoren identifiziert, welche die Differenzierung der Glattmuskelzellen fördern, während der Retinsäuresignalweg die Vorläuferzellen aufrechterhält und die Glattmuskelbildung im Harnleiter hemmt.In einem zweiten Förderabschnitt wollen wir durch eine Kombination von genetischen Methoden in der Maus, pharmakologischen Aktivierungs- und Hemmversuchen und molekularen Assays eine tieferes Verständnis erzielen, wie das Glattmuskel-spezifische Genprogramm im Harnleiter auf molekularer Ebene reguliert wird. Hierzu wollen wir zunächst das Profil der globalen Transkription im Uretermesenchym in der Entwicklung untersuchen, und danach bestimmen, welchen Anteil der SRF/MYOCD Transkriptionsfaktorkomplex auf die Aktivierung des Glattmuskel-spezifischen Transkriptoms hat. Danach wollen wir die molekulare Funktion der von uns identifizierten Signalwege weitergehend untersuchen. Für das SHH-FOXF1-BMP4 Modul wollen wir die molekulare Regulation der Foxf1 Expression bestimmen, und Zielgene von FOX1 und SMAD1/5/9-SMAD4 identifizieren und funktionell charakterisieren. Daneben wollen wir untersuchen, wie BMP4 und Retinsäure die Proliferation mesenchymaler Vorläuferzellen des Harnleiters kombinatorisch regulieren. Wir wollen die zellulären und molekularen Funktionen des FGFR2 und des PDGFRA Signalwegs im Harnleitermesenchym bestimmen. Schließlich sollen unsere Arbeiten adressieren, wie die Aktivität der verschiedenen Signalwege verändert wird, um zu späteren Zeitpunkten der Harnleiterentwicklung die Bildung von Glattmuskelzellen zu unterdrücken und die Differenzierung der Lamina propria Fibrozyten zu fördern. Wir erwarten von diesen Experimenten neue Einsichten in die genetische Kontrolle der Glattmuskeldifferenzierung viszeraler Organe, und in die Genese von erblichen Defekten des Harnleiters.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen