Molekulare Kontrolle der frühen und späten urothelialen Differenzierung im Harnleiter der Maus

• Antragsteller: Professor Dr. Andreas Kispert
• Fachliche Zuordnung: Entwicklungsbiologie
• Förderung: Förderung seit 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 417240095

Das Urothel, das spezialisierte Epithel der harnableitenden Organe, zeigt in Blase und Harnleiter einen dreischichtigen Gewebeaufbau mit adluminalen, großen binukleären S-Zellen, kleinen intermediären (I-)Zellen und abundanten auf der Basallamina liegenden Basal (B-)Zellen. Zusammen dichten sie den Interstitialraum gegenüber dem Harn ab. Diese geordnete Aufschichtung differenzierter Zellen entsteht durch bisher nur ungenügend verstandene zelluläre und molekulare Programme aus einer einfachen Schicht epithelialer Vorläuferzellen. Unsere früheren genetischen Analysen in der Maus haben ein mesenchymales SHH-abhängiges FOXF1-BMP4 Modul charakterisiert, welches für Proliferation, Stratifizierung und Differenzierung des benachbarten epithelialen Kompartiments im Ureter essentiell ist. In der ersten Antragsperiode konnten wir zeigen, dass der FGFR2 Signalweg die Expression von Shh erhöht, und damit das FOXF1-BMP4 Signalmodul verstärkt. BMP4-Signaling unterdrückt die Expression von Aldh1a2, und damit die anti-differenzierende Wirkung des Retinsäure-Signalwegs. Der BMP4-Signalweg ist notwendig, die Expression von 5 Transkriptionsfaktoren in Ureterepithel zu aktivieren, von denen wir DNP63 eine Rolle in der Stratifizierung, und PPARG eine in der S-Zelldifferenzierung zuweisen konnten. In der zweiten Förderperiode wollen wir die individuelle Funktion von MSX2, GRHL3 und FOXA1 bei der Differenzierung von B-, I- und S-Zellen im fetalen Ureter charakterisieren. Zu diesem Zweck werden wir die zellulären und molekularen Veränderungen analysieren, die sich aus dem genetischen Verlust dieser Faktoren im Ureterepithel ergeben, und Ziele ihrer transkriptionellen Aktivität identifizieren. Wir werden den relativen Beitrag dieser Transkriptionsfaktoren zum Transkriptionsprofil von B-, I- und S-Zellen bestimmen und ihre Fähigkeit untersuchen, einzeln oder in Kombination urotheliale Differenzierungswege zu aktivieren. Um die zellulären Prozesse während der frühen postnatalen Ureterentwicklung zu charakterisieren, wollen wir Ureter einer gestaffelten Reihe von Stadien (von P0 bis P250) auf Veränderungen in Anzahl, Größe, Kontakt, Proliferation und Apoptose von B-, I- und S-Zellen untersuchen. Wir möchten die globalen Transkriptionsveränderungen in isolierten B-, I- und S-Zellen zwischen P0 und P14 bestimmen, um molekulare Veränderungen aufzudecken, die die die Differenzierung steuern. Wir wollen den Einfluss externer Signale auf die postnatale urotheliale Entwicklung untersuchen und die Rolle der kanonischen RBPJ-abhängigen Notch-Signalgebung dabei charakterisieren. Wir erwarten von diesen Experimenten neue Einsichten in die molekularen Kontrollmechanismen der urothelialen Differenzierung im Harnleiter, aber auch in anderen Organen des Harntrakts. Aus klinischer Sicht können diese Experimente einen wichtigen Beitrag leisten, die Pathogenese und die molekularen Ursachen erblicher und erworbener Defekte des Urothels der harnableitenden Organe besser zu verstehen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen