Studien zur Bedeutung des negativ geladenen Zuckers Sialinsäure in der Embryonalentwicklung und für die Nierenfunktion

• Antragstellerinnen: Dr. Anja Münster-Kühnel; Dr. Birgit Weinhold
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie ; Biochemie ; Entwicklungsbiologie ; Nephrologie
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 253794610

Tierische Zellen sind von einer dichten Zuckerhülle, der Glykokalyx aus Glykoproteinen, Glykolipiden und Proteoglykanen umgeben. Diese exponierten Glykokonjugate sind entscheidend an physiologi-schen Erkennungs- und Interaktionsprozessen aber auch auch pathologischen Prozessen beteiligt. Hervorzuheben ist hier der terminale Zucker, der in der Mehrzahl der Oberflächenglykane von der sauren Nonulose Sialinsäure (Sia) gebildet wird. Die Biosynthese sialylierter Glykane erfordert eine vorangehende Aktivierung der Sia zu CMP-Sia durch die kernständige CMP-Sia Synthetase (CMAS). In vorangegangenen Studien konnten wir bereits zeigen, dass die genetische Depletion der CMAS (Cmas[-/-]) in der Maus embryonal letal ist, während eine Reduktion der CMAS-Expression (Cmas[nls]) innerhalb von drei Tagen nach der Geburt zu Nierenversagen führt. Während noch nicht bekannt ist, woran die Cmas[-/-] Mäuse versterben, konnte die Lethalität bei Cmas[nls]-Mäusen auf pathologische Veränderungen von Podozyten, epithelialen Zellen der glomerulären Filtrationsbarriere, zurückgeführt werden. Die Ähnlichkeit des Cmas[nls]-Phänotyps zum Nephrin Knock-out impliziert, dass die Sialylierung von Nephrin für dessen Funktion als strukturelle Komponente der glomerulären Schlitzmembran essentiell sein könnte. Für die meisten humanen proteinurämischen glomerulären Nephropathien, wird ein Verlust von Sia beschrieben. Deshalb ist ein besseres Verständnis der mole-kularen Mechanismen der Sialylierung bedeutsam für die Entwicklung von neuen Therapien zum Erhalt der Nierenfunktion. Ziel dieses Antrages ist es, den Einfluß der Sialylierung auf (i) die Nierenfunktion und (ii) die Embryonalentwicklung der Maus zu verstehen. Während unserer Vorarbeiten zu diesem Projekt haben wir zwei Podozyten-spezifische (P) Cmas Modelle mit depletierter (P-Cmas[-/-]) oder reduzierter (P-Cmas[nls]) CMAS Expression entwickelt. Der Phänotyp dieser Mäuse ähnelt Ne-phropathien wie der Minimal Change Disease: die Mäuse entwickeln eine Proteinurie und sterben 2 bzw. 3 Monate nach Geburt. Ihre relativ lange Überlebenszeit prädestiniert die neuen Mausmodelle für in vivo Untersuchungen zum Einfluß von Sia auf (i) Aufbau und Funktion der Schlitzmembran, (ii) die Funktion von Nephrin als Struktur- und Signal-gebendes Protein der Schlitzmembran (iii) das Zusam-menspiel der Podozyten mit anderen Zellen im Nierenkörperchen sowie (iv) auf die Morphologie und Bewegung von Podocyten. Der Einfluss von Sia auf die Embryonalentwicklung soll zunächst anhand der morphologischen Veränderungen (Art, Zeit des Auftretens, Ursachen) untersucht werden, die zu embryonaler Letalität in Cmas[-/-] Mäusen führen. Der Einfluss von Sia ausschließlich auf den Epiblasten soll an einem geeigneten Mausmodell in vivo analysiert werden. Für biochemische Frage-stellungen wurden bereits embryonale Stammzellen aller Genotypen generiert. Weiterhin ist die Gene-rierung von Zellen des extraembryonalen Endoderms (XEN) ist geplant.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen