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 von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 425347732

Die Primäre Ciliäre Dyskinesie (PCD) ist eine genetisch heterogene Erkrankung charakterisiert durch eine chronisch-destruktive Atemwegserkrankung aufgrund verminderter mukoziliärer Reinigung der Atemwege. Die PCD kann auch mit Lateralitätsdefekten und männlicher Infertilität assoziiert sein. Bislang sind 38 Gene bekannt, die mit PCD assoziiert sind. Die meisten der 38 Gene wurden von unserem Labor identifiziert und charakterisiert. Die PCD-Diagnostik wird traditionell mittels Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) durchgeführt. Leider können mit der TEM-Analyse nur PCD-Varianten mit ultrastrukturellen Defekten der äußeren Dyneinarme oder der tubulären Organisation sicher erkannt werden. Gendefekte, die für PCD mit Radialspeichen (RS)-Defekten verantwortlich sind, weisen keine Lateralitätsdefekte und keine ausgeprägten ultrastrukturellen Defekte in der TEM-Analyse auf. Die Diagnose beruht hauptsächlich auf Mutationsanalysen der wenigen bekannten Gendefekte (RSPH4A, RSPH1, RSPH9), verantwortlich für PCD mit RS-Defekten, und/oder der Beobachtung eines abnormalen Zilienschlags in der Hochfrequenzvideomikroskopie (HVM), die nur spezialisierten Zentren zur Verfügung steht. Mittels HVM haben wir gezeigt, dass Defekte der Radialspeichen (RS) einen nur schwer erkennbaren subtilen Zilienschlagdefekt verursachen. Mittels Immunfluoreszenzmikroskopie (IF) haben wir gezeigt, dass rezessive Mutationen in RSPH4A, RSPH1 und RSPH9 zu einem Verlust von RS-Proteinen in Atemwegszilien führen und auch die Pathogenität detektierter Missense-Allele bestätigen was für die genetische Diagnostik besonders wichtig ist. In diesem Projekt wollen wir die Komposition humaner RS in gesunden und mutierten Atemwegszilien detailliert analysieren, um die normale Komposition dieser Strukturen besser zu verstehen und die Diagnostik mittels IF bei PCD-Individuen zu verbessern. Neben der Charakterisierung bekannter genetischer Defekte werden wir neue Defekte identifizieren, die für eine abnormale RS-Komposition verantwortlich sind. In unveröffentlichten Vorarbeiten haben wir bereits Mutationen in zwei neuen Genen gefunden, die für RS-Komponenten kodieren. Unsere Ergebnisse werden die PCD-Diagnostik (HVM, IF, Gentests) verbessern. Zusätzlich werden wir zelluläre Modelle für neue therapeutische Strategien etablieren. Um diese Ziele zu erreichen, haben wir folgenden Arbeitsplan entwickelt: 1. Genetische Charakterisierung von neuen und bekannten RS-Defekten, um die genetische Diagnostik zu verbessern2. Molekulare und funktionelle Charakterisierung von RS-Defekten verursacht durch Mutationen in neuen und bekannten Genen 3. Herstellung von mutanten induzierten pluripotenten Stammzellen und Differenzierung zu Atemwegszellen, um genetische Varianten zu validieren und funktionell zu charakterisieren4. Erstellung einer detaillierten Genotyp/Phenotyp-Korrelation bei PCD-Individuen RS-Defekten5. Charakterisierung von ausgewählten Protein-Interaktionen zwischen Komponenten der RS-Komplexe

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen