Hochauflösende Proteom-Analyse und funktionelle Charakterisierung der podozytären Schlitzmembran und ihrer krankheitsinduzierten Dynamik

• Antragsteller: Professor Dr. Bernd Fakler; Professor Dr. Florian Grahammer
• Fachliche Zuordnung: Anatomie und Physiologie
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 442759790

Die Schlitzmembran der Niere ist eine Proteinschicht zwischen den Fußfortsätzen benachbarter Podozyten und enthält als Komponenten die Proteine Nephrin und Podocin; Mutationen in beiden Proteinen führen zum Krankheitsbild des nephrotischen Syndroms. Nach bisherigem Kenntnisstand fungiert die Schlitzmembran entweder als kritische Komponente des renalen Filters oder als molekularer Sensor zur dynamischen Regulation der Struktur und Funktion der Podozyten Fußfortsätze. In der ersten Förderperiode ist es uns gelungen, die Interaktome der Kernkomponenten Nephrin, Neph1 und Podocin zu lösen und dadurch die native Schlitzmembran als Proteinnetzwerk zu identifizieren. Dieses Netzwerk umfasst eine ganze Reihe von bislang unbekannten Proteinbausteinen, die für ihre Signalfunktion bekannt sind, wie Rezeptoren, Kinasen und Phosphatasen, GTPasen und Zelladhäsionsmolekülen. Knock-out und knock-down einer Auswahl an Kern- und neu identifizierten Konstituenten der Schlitzmembran in Mäusen und Fruchtfliegen hat die fundamentale Bedeutung der strukturellen Integrität des Schlitzmembran-Netzwerks und seiner Dynamik für den Filtrationsprozess aufgezeigt. Desweiteren legt unsere Arbeit, die das molekulare Verständnis der Schlitzmembran vollständig verändert hat, die funktionelle Bedeutung der Schlitzmembran als Sensor und Effektor für die Steuerung der Filtration und ihrer Anpassung an die ständig wechselnden Bedingungen des Säugerorganismus nahe. In der zweiten Förderperiode, wollen wir nun auf die neu identifizierten Interaktome der Schlitzmembran-Kernkomponenten aufbauen, um (1) die molekulare Struktur und den Auf- und Zusammenbau des Schlitzmembran-Netzwerks zu verstehen (anhand seines schrittweisen Nachbaus in Zellexpressionssystemen), (2) seine Stabilität zu analysieren und (3) seine strukturelle und funktionelle Dynamik unter physiologischen und patho-physiologischen Bedingungen zu analysieren. Letzteres geschieht mit Hilfe gerichteter Knock-out Mausmodelle neu identifizierter Netzwerkkomponenten, sowie mit Mäusen, in denen Bluthochdruck oder ein immunogenes nephrotisches Syndrom induziert wurden. Zusammengenommen werden die Ergebnisse dieses Arbeitsprogramm mit hoher Sicherheit zu völlig neuen Erkenntnissen über Funktion und Dynamik der Schlitzmembran unter normalen und pathologischen Bedingungen führen und vermutlich auch zur Identifizierung von Proteinen, die als Marker für eingeschränkte Filtration dienen können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen