Konfokales Zwei-Photonen Laserscanning-Mikroskop
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Projekt 1: In einer Kooperation mit einer englischen Gruppe wurden Mutationen im K+-Kanal KCNJ10 als Ursache für das EAST-Syndrom identifiziert, ein bislang unbekanntes Krankheitsbild mit Epilepsie, Ataxie, sensorineuraler Schwerhörigkeit und Tubulopathie. Ziel ist es zu untersuchen, auf welche Weise die verschiedenen bisher beschriebenen Mutationen die KCNJ10 Kanalfunktion verändern. Des Weiteren soll anhand von Tiermodellen erforscht werden, welchen Beitrag die Kaliumkanäle KCNJ10, KCNJ16 sowie KCNQ1 zur basolateralen K+-Leitfähigkeit und zum Transport im betroffenen Nephronsegment leisten. Projekt 2: Von den gleichen Kooperationspartnern wurde eine Familie mit einer bisher unbekannten Form des renalen Fanconi Syndroms untersucht und die verantwortliche Mutation identifiziert. Bei dem mutierten Fanconi-assoziierten Protein (FAP) handelt es sich um ein peroxisomales Enzym, welches durch die Mutation fälschlicherweise in das Mitochondrium dirigiert wird. Ziel dieses Vorhabens ist es herauszufinden, auf welche Weise die Mutation von FAP zu einem Funktionsdefekt des proximalen Tubulus führt und die Erkrankung auslöst. Projekt 3: Mit Hilfe des Zwei-Photonen-Mikroskops war es möglich, an der intakten Niere und an der intakten Leber bildgebende Untersuchungen durchzuführen. Hierbei ging es um Untersuchungen der glomerulären Filtrationsbarriere bei experimenteller Proteinurie in der Maus und Ratte, um die Klärung des Einflusses von ACE Inhibitoren auf die Progression glomerulärer Schädigungen, um die Klärung der Bedeutung extrazellulär generierten Adenosins für funktionelle und strukturelle Veränderungen im Rahmen einer Nierenfibrose, und um die Klärung funktioneller und struktureller Veränderungen beim hepatorenalen Syndrom. Projekt 4: Das retinale Pigmentepithel stellt einen Teil der Blut/Retina-Schranke und ist gleichzeitig enger Interaktionspartner der Photorezeptoren in der Retina. Im Rahmen von Arbeiten zur Beteiligung des Pigmentepithels an den Retinadegenerationen wird eine vererbte Form der Makuladegeneration, der Morbus Best, untersucht. Hierzu wurden die subzelluläre Lokalisation des Proteins Bestrophin-1, dessen mutationsbedingte Veränderungen zur Erkrankung führen, als auch seiner Mutanten untersucht. Auf der anderen Seite wird untersucht, wie systemische Einflüsse sich über das retinale Pigmentepithel auf die Retina auswirken. Diese systemischen Einflüsse stellen einen wesentlichen Risikofaktor bei den klinisch sehr relevanten Erkrankungen wie diabetische Retinopathie oder altersabhängige Makuladegeneration dar. Zu diesem Zweck wurde die Lokalisation des Angiotensin-Rezeptors, des Angiotensin-Receptor-Associated Protein (ATRAP) und sympathischer Nervendigungen analysiert. Projekt 5: Antennenartige Ausstülpungen der apikalen Zellmembran von Nierenepithelzellen, die sogenannten primären Zilien, spielen eine wichtige Rolle bei der Pathogenese zystischer Nierenerkrankungen. Die Untersuchungen konzentrieren sich auf die Charakterisierung von Polycystin-2, einem bei der autosomal dominanten polyzystischen Nierenerkrankung mutierten integralen Membranprotein. Dabei wird der Transport von Polycystin-2 von seiner Synthese im endoplasmatischen Retikulum bis zum primären Zilium, sowie der Transport im Zilium selber, analysiert. Projekt 6: Mutationen im Transkriptionsfaktor LMX1B führen zum Bild des autosomal dominant vererbten Nagel- Patella-Syndroms. Dabei kommt es zu strukturellen Veränderungen in den Podozyten, einer für die Filtrationseigenschaften der Niere essentiellen Zelle, und der glomerulären Basalmembran. Das konfokale Laserscanning-Mikroskop dient dazu, um die strukturellen Veränderungen bei verschiedenen Lmx1b Knockout Modellen in vivo und in vitro zu untersuchen. Projekt 7: Mutationen in den Genen WDR36 und Optineurin sind ursächlich für bestimmte Formen des primären Offenwinkelglaukoms. Die molekulare Funktion der Genprodukte war bislang ungeklärt. Wir konnten mit Hilfe der konfokalen Mikroskopie zeigen, dass WDR36 im Nucleolus lokalisiert ist. Weiterführende Untersuchungen bestätigten, dass es Teil des Small Subunit Processomes von Ribosomen ist. Optineurin konnten wir eng assoziiert mit dem Golgi- Apparat lokalisieren, wo es offenbar an Aktin- und Mikrotubulus-basierenden Transportsystemen von Vesikeln beteiligt ist. Projekt 8: Nanopartikel bilden eine Vielzahl von Einsatzmöglichkeiten. Für die Darstellung intrazellulärer Stoffwechselprozesse ist die Aufnahme von Nanopartikeln in das Zytoplasma notwendig. Als Modellsystem zur Untersuchung des Aufnahmeprozesses wurden multizelluläre Sphäroide verwendet, die mit fluoreszenzmarkierten Nanopartikeln inkubiert wurden. Außerdem wurden mikroskopische Studien mit aufkonvertierenden Nanopartikeln, die mit dem Zweiphotonenlaser angeregt wurden, zur Analyse des intrazellulären Milieus durchgeführt.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Epilepsy, ataxia, sensorineural deafness, tubulopathy, and KCNJ10 mutations. N Engl J Med 360, 1960-1970 (2009)
Bockenhauer D, Feather S, Stanescu HC, Bandulik S, Zdebik AA, Reichold M, Tobin J, Lieberer E, Sterner C, Landoure G, Arora R, Sirimanna T, Thompson D, Cross JH, van't Hoff W, Al Masri O, Tullus K, Yeung S, Anikster Y, Klootwijk E, Hubank M, Dillon MJ, Heitzmann D, Arcos-Burgos M, Knepper MA, Dobbie A, Gahl WA, Warth R, Sheridan E, Kleta R
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KCNJ10 gene mutations causing EAST syndrome (epilepsy, ataxia, sensorineural deafness, and tubulopathy) disrupt channel function. Proc Natl Acad Sci USA 107, 14490-14495 (2010)
Reichold M, Zdebik AA, Lieberer E, Rapedius M, Schmidt K, Bandulik S, Sterner C, Tegtmeier I, Penton D, Baukrowitz T, Hulton SA, Witzgall R, Ben-Zeev B, Howie AJ, Kleta R, Bockenhauer D, Warth R
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Regulation of the renin expression in the retinal pigment epithelium by systemic stimuli. Am J Physiol Renal Physiol 299, 396-403 (2010)
Milenkovic VM, Brockmann M, Meyer C, Desch M, Schweda F, Kurtz A, Todorov V, Strauss O
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Depletion of optineurin in RGC-5 cells derived from retinal neurons causes apoptosis and reduces the secretion of neurotrophins. Exp Eye Res 93, 669-680 (2011)
Sippl C, Bosserhoff AK, Fischer D, Tamm ER
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Disease-associated missense mutations in bestrophin-1 affect cellular trafficking and anion conductance. J Cell Sci.124, 2988-2996 (2011)
Milenkovic VM, Röhrl E, Weber BH, Strauss O
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Interaction of bestrophin-1 and Ca2+ channel β-subunits: identification of new binding domains on the bestrophin-1 C-terminus. PLoS One 6, e19364 (2011)
Milenkovic VM, Krejcova S, Reichhart N, Wagner A, Strauss O
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Lack of WDR36 leads to preimplantation embryonic lethality in mice and delays the formation of small subunit ribosomal RNA in human cells in vitro. Hum Mol Genet 20, 422-35 (2011)
Gallenberger M, Meinel DM, Kroeber M, Wegner M, Milkereit P, Bösl MR, Tamm ER
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Polycystin-2 takes different routes to the somatic and ciliary plasma membrane. J Cell Biol 192, 631-645 (2011)
Hoffmeister H, Babinger K, Gürster S, Cedzich A, Meese C, Schadendorf K, Osten L, de Vries U, Rascle A, Witzgall R
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The human polycystin-2 protein represents an integral membrane protein with six membrane-spanning domains and intracellular N- and C-termini. Biochem J 433, 285-294 (2011)
Hoffmeister H, Gallagher AR, Rascle A, Witzgall R
