Die Rolle von Nephronophthise-Proteinen in multi-ziliären Zellen

• Antragsteller: Professor Dr. Gerd Walz
• Fachliche Zuordnung: Nephrologie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 427591318

Mutationen von NPH-Proteinen (NPHPs) verursachen Nephronophthise, eine autosomal rezessive Form von Zystennieren, welche zur terminalen Niereninsuffizienz führt und mit zahlreichen extrarenalen Manifestationen verbunden ist. Obwohl verschiedene Beobachtungen eine Rolle in der Zellzyklus-Kontrolle und bei DNA-Schädigung vermuten lassen, werden die NPHPs überwiegend als strukturelle Elemente in der Transitionszone (TZ) von Zilien angesehen, wo sie den Zugang von Molekülen in das ziliäre Axonem kontrollieren. Vorläufige Resultate, welche an multi-ziliären Zellen der Xenopus-Epidermis als Modell-System gewonnen wurden, zeigen, dass NPHPs bereits während der Reifung von Basalkörpern sehr dynamische Proteinkomplexe bilden. Wir konnten nachweisen, dass das Adaptor- und Actin-Kapping-Protein CD2AP mit MKS5/NPHP8 interagiert und Pkd2-positive Vesikel zu den Basalkörpern rekrutiert bevor diese an die Plasmamembran andocken. Verminderung von Xenopus nphp8 oder pkd2 reduziert die Zilienbildung und führt zu ultra-strukturellen Veränderungen der TZ. Wir konnten zusätzlich nachweisen, dass NPHP1 mit SPIRE1 interagiert und dass dieser Aktin-Nukleator für die Ausbildung des subapikalen Aktinzytoskeletts in den multi-ziliären Zellen der Xenopus-Epidermis notwendig ist. Überraschenderweise wird diese Interaktion durch NPHP4 und NEK8/NPHP9 beeinflusst. Damit kontrolliert eine komplexen Beziehung, bestehend aus dem NPHP1-4-8-Modul und Aktin-modifizierenden Proteinen, das Andocken von Basalkörpern sowie die Bildung der TZ. Wir wollen daher untersuchen, welche Rolle NPHPs während der frühen Ziliogenese spielen. Spezifisch möchten wir hierzu folgende Ziele untersuchen: 1) die Dynamik der Aktinpolymerisation während der Basalkörper-Reifung, 2) die Rolle von Calcium-Konzentrationsänderungen während der Ziliogenese und 3) die Beziehung von NPHP-Proteinen mit dem apikalen Aktin-Zytoskelett und der Entwicklung einer normalen TZ. Um die Relevanz dieser Befunde in Säugetierzellen zu verifizieren, werden wir 4) Pkd1 und Pkd2 selektiv in den motilen Maus-Zilien eliminieren; hierzu werden wir konditionelle Allele von Pkd1fl/fl und Pkd2fl/fl in Kombination mit der Foxj1CRE-Linie verwenden. Die Ergebnisse unserer Untersuchungen werden nicht nur neue molekulare Details der Funktion von NPHPs und PKDs während der frühen Zilienentwicklung liefern, sondern auch erklären, warum Patienten mit NPHP- oder PKD-Mutation häufig respiratorische Manifestationen entwickeln.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen