Molekulare Kontrolle der frühen urothelialen Differenzierung im Harnleiter der Maus

• Antragsteller: Professor Dr. Andreas Kispert
• Fachliche Zuordnung: Entwicklungsbiologie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 417240095

Das Urothel, das spezialisierte Epithel der harnableitenden Organe, weist einen dreischichtigen Gewebeaufbau auf mit adluminalen, großen binukleären S-Zellen, kleinen mit Vorläufercharakter versehenen intermediären (I-)Zellen und abundanten auf der Basallamina liegenden Basal (B-)Zellen. Zusammen dichten diese Zellen den Interstitialraum gegenüber dem Harn und den in ihm enthaltenen Substanzen und Pathogenen ab. Diese geordnete Aufschichtung differenzierter Zellen entsteht durch bisher nur ungenügend verstandene zelluläre und molekulare Programme aus einer einfachen Schicht epithelialer Vorläuferzellen während der Embryonalentwicklung. Unsere bisherigen 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. Der FGFR2 Signalweg wird ebenfalls für die Stratifizierung und I-/B-Zelldifferenzierung benötigt, während Retinsäure I-Zellen aufrechterhält, und ihre Differenzierung in B- und S-Zellen unterdrückt. Die epitheliale Expression der drei Transkriptionsfaktoren Delta NP63, PPARG und ELF5 im Ureter hängt von diesen drei Signalwegen ab. Durch eine Kombination von genetischen in vivo Methoden, pharmakologischen Aktivierungs- und Hemmversuchen in Ureterkulturen und molekularen Assays wollen wir eine tieferes Verständnis erzielen, wie diese Signale und Transkriptionsfaktoren die frühe epitheliale Entwicklung im Harnleiter der Maus steuern. In einem ersten Arbeitsprogramm wollen wir die individuelle und kombinatorische Funktion der mesenchymalen Signalmoleküle BMP4, FGF und Retinsäure für die Induktion und Aufrechterhaltung der urothelialen Differenzierung bestimmen, in dem wir die phänotypischen Veränderungen der konditionellen Verlustmutanten analysieren, und die intrazellulären Effektorwege (SMAD und Kinasen) und transkriptionellen Zielgene identifizieren und charakterisieren. In einem zweiten Programmteil wollen wir den individuellen Beitrag der Transkriptionsfaktoren Delta NP63, PPARG und ELF5 in der Entwicklung des Ureterepithels entschlüsseln. Hierzu wollen wir die zellulären und molekularen Veränderungen analysieren, die durch den konditionellen genetischen Verlust und Gewinn dieser Faktoren in der frühen Embryonalentwicklung und im adulten Tier entstehen. Zur Identifizierung direkter transkriptioneller Zielgene wollen wir Transkriptomanalysen mutanter Ureter mit ChIP-Seq Experimenten kombinieren.Wir erwarten von diesen Experimenten neue Einsichten in die molekularen Kontrollmechanismen, welche die urotheliale Differenzierung steuern. Diese Erkenntnisse könnten paradigmatisch für die anderen Organe im Harntrakt gelten, und aus klinischer Sicht 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