Charakterisierung von Tight Junction-Proteinen als Barriere- oder Kanalbildner

• Antragsteller: Professor Dr. Michael Fromm
• Fachliche Zuordnung: Anatomie und Physiologie
• Förderung: Förderung von 2006 bis 2013
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 21131654

• Erstellungsjahr: 2015

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Im Teilprojekt 1 wurden folgende Ergebnisse erzielt: Claudin-3 und Claudin-8 haben eindeutig abdichtende Funktion. Im Gegensatz hierzu bildet Claudin-2 einen Kanal, der nicht nur – wie in Vorarbeiten gezeigt – für Kationen selektiv ist, sondern auch für Wasser. Da Claudin-2 im proximalen Nierentubulus exprimiert ist, stellt es die Basis für die dort vorhandene parazelluläre Wasserresorption dar. Das zuvor unerforschte Claudin-17 bildet einen Kanal mit Selektivität für Anionen und ist am stärksten im proximalen Tubulus exprimiert. Claudin-17 ist somit geeignet, die in diesem Tubulussegment überwiegend parazellulär verlaufende Chlorid-Resorption zu vermitteln. Generell sind kanalbildende Claudine eher in den durchlässigen Anfangssegmenten von Darm und Nierentubuli vorhanden, während abdichtende Claudine in den weniger durchlässigen Endsegmenten dieser Organe vorherrschen. Die Claudine 2, 10a, 10b, 15, 17, und 16+19 stellen an Epithelien und Endothelien eine Gruppe parazellulär verlaufender Kanäle dar, die parallel zu den klassischen Membrankanälen arbeiten. Tricellulin ist essenziell für die Abdichtung der trizellulären Tight Junction (der Kontaktstelle von drei Epithelbzw. Endothelzellen). Bei verminderter Tricellulin-Expression wird die trizelluläre Tight Junction zum vorherrschenden Durchtrittsort für intermediäre und Makromoleküle. Dies hat eine klinische Bedeutung für entzündliche Darmerkrankungen: In Biopsien von Colitis ulcerosa-Patienten wird – vermittelt durch Interleukin-13 – Tricellulin supprimiert und öffnet auch hier die trizelluläre Tight Junction für Makromoleküle. Dies stellt einen neuen Weg der Aufnahme von luminalen Entzündungsmediatoren, die den Colitis-Schub antreiben, dar. Schließlich wurden mehrere Substanzen charakterisiert, die als Absorptionsenhancer zu einer Steigerung der Medikamentenaufnahme im Darm und an peripheren Nerven führen, darunter Laurat sowie der Claudin-Binder m19, welche barrierebildende Claudine reduzieren, und Caprat, das sowohl auf den Barrierebildner Claudin-5 als auch auf Tricellulin wirkt.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• (2009) Claudin- 16 affects transcellular Cl– secretion in MDCK cells. J. Physiol. (Lond.) 587(15): 3777-3793
  Günzel D, Amasheh S, Pfaffenbach S, Richter JF, Kausalya PJ, Hunziker W, Fromm M
  
• (2009) Na+ absorption defends from paracellular back-leakage by claudin-8 upregulation. Biochem. Biophys. Res. Comm. 378(1): 45-50
  Amasheh S, Milatz S, Krug SM, Bergs M, Amasheh M, Schulzke JD, Fromm M
  
• (2009) Tricellulin forms a barrier to macromolecules in tricellular tight junctions without affecting ion permeability. Mol. Biol. Cell 20: 3713-3724
  Krug SM, Amasheh S, Richter JF, Milatz S, Günzel D, Westphal JK, Huber O, Schulzke JD, Fromm M
  
• (2009) Two-path impedance spectroscopy for measuring paracellular and transcellular epithelial resistance. Biophys. J. 97(8): 2202-2211
  Krug SM, Fromm M, Günzel D
  
• (2010) Claudin- 2, a component of the tight junction, forms a paracellular water channel. J. Cell Sci. 123(11): 1913-1921
  Rosenthal R, Milatz S, Krug SM, Oelrich B, Schulzke JD, Amasheh S, Günzel D, Fromm M
  
• (2010) Claudin-3 acts as a sealing component of the tight junction for ions of either charge and uncharged solutes. Biochim. Biophys. Acta Biomembr. 1798: 2048-2057
  Milatz S, Krug SM, Rosenthal R, Günzel D, Müller D, Schulzke JD, Amasheh S, Fromm M
  
• (2010) Segmental expression of claudin proteins correlates with tight junction barrier properties in rat intestine. J. Comp. Physiol. B 180(4): 591-598
  Markov AG, Veshnyakova A, Fromm M, Amasheh M, Amasheh S
  
• (2010) Tricellulin forms homomeric and heteromeric tight junctional complexes. Cell. Mol. Life Sci. 67(12): 2057-2068
  Westphal JK, Dörfel MJ, Krug SM, Cording JD, Piontek J, Blasig IE, Tauber R, Fromm M, Huber O
  
• (2012) Altered expression of tight junction proteins in mammary epithelium after discontinued suckling in mice. Pflügers Arch. 463(2): 391-398
  Markov AG, Kruglova NM, Fomina YA, Fromm M, Amasheh S
  
• (2012) Claudin-17 forms tight junction channels with distinct anion selectivity. Cell. Mol. Life Sci. 69(16): 2765- 2778
  Krug SM, Günzel D, Conrad MP, Rosenthal R, Fromm A, Amasheh S, Schulzke JD, Fromm M
  
• (2012) Creation and biochemical analysis of a broad-specific claudin binder. Biomaterials 33(12): 3464-3474
  Takahashi A, Saito Y, Kondoh M, Matsushita K, Krug SM, Suzuki H, Tsujino H, Li X, Aoyama H, Matsuhisa K, Uno T, Fromm M, Hamakubo T, Yagi K
  
• (2012) Modulation of tight junction proteins in the perineurium to facilitate peripheral opioid analgesia. Anesthesiology 116(6): 1323-1334
  Rittner HL, Amasheh S, Moshourab R, Hackel D, Yamdeu RS, Mousa SA, Fromm M, Stein C, Brack A
  
• (2012) The effect of chitosan on transcellular and paracellular mechanisms in the intestinal epithelial barrier. Biomaterials 33(9): 2791-2800
  Rosenthal R, Günzel D, Finger C, Krug SM, Richter JF, Schulzke JD, Fromm M, Amasheh S
  
• (2012) Transient opening of the perineurial barrier for analgesic drug delivery. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 109(29): E2018-E2027
  Hackel D, Krug SM, Sauer RS, Mousa SA, Böcker A, Pflücke D, Wrede EJ, Kistner K, Hoffmann T, Niedermirtl B, Sommer C, Bloch L, Huber O, Blasig IE, Amasheh S, Reeh PW, Fromm M, Brack A, Rittner HL
  
• (2013) Contribution of tight junction proteins to ion, macromolecule, and water barrier in keratinocytes. J. Invest. Dermatol. 133(5): 1161-1169. [Heinz-Maurer Award for Dermatological Science 2014]
  Kirschner N, Rosenthal R, Furuse M, Moll I, Fromm M, Brandner JM
  
• (2013) Sodium caprate as an enhancer of macromolecule permeation across tricellular tight junctions of intestinal cells. Biomaterials 34(1): 275-282
  Krug SM, Amasheh M, Dittmann I, Christoffel I, Fromm M, Amasheh S
  
• (2014) Laurate permeabilizes the paracellular pathway for small molecules in the intestinal epithelial cell model HT-29/B6 via opening the tight junctions by reversible relocation of claudin-5. Pharm. Res. 31(9): 2539–2548
  Dittmann I, Amasheh M, Krug SM, Markov AG, Fromm M, Amasheh S
  
• (2015) Molecular determinants of anion channel properties of claudin-17. Cell. Mol. Life Sci. 72
  Conrad MP, Piontek J, Günzel D, Fromm M, Krug SM