Molekulare Charakterisierung der Zusammensetzung der Radialspeichen-Komplexe und derer Defekte bei der Primären Ciliären Dyskinesie

• Antragsteller: Professor Dr. Heymut Omran
• Fachliche Zuordnung: Kinder- und Jugendmedizin
• Förderung: Förderung seit 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 425347732

Primäre ziliäre Dyskinesie (PCD) ist eine Atemwegserkrankung durch gestörte mukoziliäre Clearance. Sie weist genetische Heterogenität auf und kann mit Lateralisationsdefekten und männlicher Infertilität einhergehen. Die Diagnose basiert auf Hochgeschwindigkeits-Videomikroskopie-Analyse (HVMA), Transmissionselektronenmikroskopie (TEM), hochauflösender Immunfluoreszenzmikroskopie (IF) und genetischer Analyse. Besonders schwierig ist die Diagnose von PCD durch Radialspeichen-(RS)-Dysfunktionen, da: 1) sie keine Situs-Anomalien verursachen, 2) RS-Defekte als Klasse-II-Defekte klassifiziert werden, weshalb TEM allein nicht ausreicht, und 3) feine Zilienschlagdefekte nur von HVMA-Experten erkannt werden können. Dies unterstreicht die Notwendigkeit innovativer Diagnosemethoden, um PCD durch RS-Irregularitäten frühzeitig zu erkennen und Behandlungsstrategien zu verbessern. Während der ersten Förderperiode analysierten wir genetische Daten von 1.236 PCD-Patienten aus 19 Ländern im ERN-LUNG PCD-Register. Dabei identifizierten wir regionale Cluster distinkter DNA-Varianten und signifikante Genotyp-Phänotyp-Korrelationen, insbesondere für RSPH-Gene. Unsere Ergebnisse zeigen, dass RS-Gen-Defekte (Klasse-II-Ziliendefekte) keine typischen ultrastrukturellen Anomalien zeigen, erkennbar durch TEM, daher sind zusätzliche Tests wie HVMA und In-vitro-Ziliogenese nötig. Unsere Analyse identifizierte mehrere neue pathogene Varianten in bereits bekannten RS-Komplex-Genen. Insbesondere fanden wir Hotspot-Varianten in RSPH9, RSPH1 und RSPH4A sowie eine häufige Gründer-Variante in RSPH9 bei arabisch-beduinischen PCD-Familien. Zudem entdeckten wir pathogene Varianten in RSPH3 und DNAJB13 sowie erstmals RS-Gene ROPN1L und RTDR1. Wir zeigten, dass RSPH1/RSPH9-Varianten männliche Infertilität verursachen und belegten, dass RSPH6A eine spermien-spezifische RS-Komponente ist, deren Lokalisation von RSPH9 abhängig ist. Diese Forschungsarbeiten laufen weiter, und wir planen eine baldige Veröffentlichung. Daher sind die Ziele dieser Studie wie folgt dargestellt: 1. Identifikation neuartiger genetischer Defekte in >15 RS-assoziierten Komponenten, die PCD verursachen 2. Molekulare Charakterisierung genetischer Defekte (bekannt & neu) für RS-Funktion & -Zusammensetzung mithilfe unserer Biobank & Antikörperbibliothek 3. Genotyp-Phänotyp-Korrelation von PCD-Varianten mit defekten RS-Komplex-Proteinen 4. Charakterisierung von Proteininteraktionen zwischen RS- & verwandten Komponenten 5. Vergleich des RS-Komplexes in menschlichen Spermien vs. respiratorischen Zilien 6. Validierung von RS-Kandidatenproteinen in motilen Zilien von Schmidtea durch Expressions- & Knockdown-Analysen in Kontroll- & Mutantengewebe.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen