Physiologische Rollen von TMEM9 beta-Untereinheiten endosomaler CLC Chlorid/Protonen Austauscher

• Antragsteller: Professor Dr. Thomas J. Jentsch
• Fachliche Zuordnung: Anatomie und Physiologie ; Humangenetik ; Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen ; Nephrologie ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 577196830

Endosomen sind nicht nur wichtig für die Aufnahme und Verarbeitung extrazellulären Materials, sondern auch für die korrekte Lokalisation von Membranproteinen, Signalverarbeitung und Metabolismus. Ionentransport über endosomale Membranen ist essenziell für den intrazellulären Verkehr und Funktion dieser Vesikel. Neben Ca2+ sind vor allem H+ (pH) und Cl- entscheidend. Beide Ionen werden von insgesamt fünf verschiedenen 2Cl-/H+-Gegenaustauschern der CLC Genfamilie transportiert. Ihre physiologische Bedeutung wird durch Mausmodelle und humangenetische Erkrankungen verdeutlicht: Mutationen in den Genen für die endosomalen Transporter ClC-3, ClC-4 und ClC-6 führen zu schweren neurologischen Erkrankungen, und Mutationen im lysosomalen ClC-7 zu lysosomaler Speicherkrankheit und Osteopetrose. Mutationen im endosomalen ClC-5, der hauptsächlich in der Niere vorkommt, führen über gestörte Endozytose und veränderte Lokalisation von Plasmamembran-Rezeptoren und Transportern zu Proteinurie und Nierensteinen. ClC-7 benötigt als β-Untereinheit Ostm1. Für endosomale CLCs waren bisher keine β-Untereinheiten bekannt. Wir haben vor kurzem TMEM9 (T9A) und TMEM9B (T9B) als ‚neue‘ Untereinheiten von ClC-3, -4, und -5 identifiziert. Beide Proteine beeinflussen die subzelluläre Lokalisation von CLC/T9 Komplexen über einen phosphorylated acidic cluster (pAC) und inhibieren den CLC Ionentransport über physische Blockade des Chlorid-Eintritts durch ihre C-Termini. Mehrere Patienten-Mutationen, die mit der Bindung von T9 C-Termini an die CLCs interferieren, führen über toxische Zunahme des Ionentransport zur Erkrankung. Unsere Daten deuten darauf hin, dass Phosphorylierung sowohl die Lokalisation als auch die Ionentransportaktivität von CLC/T9 Transportern regulieren könnte. Diese Entdeckungen stellen die Erforschung endosomaler CLCs und assoziierter Pathologien auf eine neue Basis. Wir wollen nun Proteine identifizieren, die über Bindung an das T9 pAC Motiv den intrazellulären Transport der Austauscher und damit potenziell auch den endosomalen Verkehr steuern, und nach Kinasen suchen, die über Phosphorylierung des CLC/T9 Komplexes die Lokalisation und Aktivität der Transporter regulieren. Den Einfluss von T9 auf Endozytose und Lokalisation von Membranproteinen werden wir am proximalen Nierentubulus mit Hilfe von Mausmodellen studieren. Das Gehirn von T9 Mausmodellen wollen wir auf neurodegenerative Veränderungen, die beim ClC-3 KO massiv auftreten, untersuchen. Mit diesen Mäusen und in Zellkultur wollen wir klären, ob T9 Proteine die Lokalisation von ClC-3 auf synaptische Vesikel bestimmen. Weiterhin vermuten wir, dass menschliche Mutationen in T9 Genen ähnlich wie solche in ClC-3 oder ClC-4 zu neurologischen Erkrankungen führen können. In Zusammenarbeit mit Humangenetikern werden wir nach solchen Mutationen suchen und unsere funktionellen Studien zu CLCN3 Mutationen, nun in Co-Expression mit T9, fortsetzen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen