The Role of Cdk5 in Podocyte Biology
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Glomeruläre Erkrankungen zählen zu den häufigsten Ursachen der terminalen Niereninsuffizienz mit weltweit steigenden Inzidenzen und Prävalenzen. Die Podozyten sind dabei entscheidend an der Aufrechterhaltung der glomerulären Filtrationsbarriere beteiligt. Das Ausmaß der Podozytenschädigung definiert den Verlauf glomerulärer Erkrankungen. Ziel dieses Forschungsprojektes war es, Signalkaskaden im Podozyten zu identifizieren, die den Stoffwechsel der Podozyten steuern, die glomeruläre Filtrationsbarriere unter physiologischen Bedingungen aufrecht erhalten und im Krankheitsfall den Verlust der Zellen verhindern. Dabei wurde ein besonderer Schwerpunkt auf die Rolle der atypischen Zellzykluskinase Cdk5 gelegt. Im Unterschied zu den klassischen Zellzykluskinasen ist Cdk5 primär in terminal differenzierten, postmitotischen Zell wie Neuronen, Kardiomyozyten und Podozyten exprimiert und nicht an der Regulation des Zellzyklus beteiligt. Im Mausmodell zeigte sich, dass beide Cdk5-Aktivatoren, p35 und Zyklin I, entscheidend zum Schutz der glomerulären Filtrationsbarriere beitragen und das Auftreten von Apoptosevorgängen verhindern. Im Rahmen dieses Forschungsprojektes konnten wir LC-MS/MS- Protokolle zur Identifizierung weitere Signalwege etablieren und umfassende Datensätze zum glomerulären Phospho-Proteom wie auch für das Maus Podozyten-Zellkulturmodell publizieren. Die Bedeutung mitochondrialer Signalwege und ihr Beitrag zu glomerulären Erkrankungen über die Induktion der Apoptose ist aktuell Gegenstand einer kontroversen Debatte. Die Analyse von 4 verschiedenen Mausmodellen zur Funktion des mitochondrialen Strukturproteins Prohibitin-2 (PHB2) verdeutlichte die enge Interaktion mitochondrialer Signalwege mit den Insulin/IGF-1- sowie mTOR-Signalkaskaden. Der Verlust von PHB2 führte zu einer fortschreitenden Glomerulosklerose mit massiver Albuminurie und Nierenversagen innerhalb von 4-5 Wochen. Die gleichzeitige Hemmung der Insulin/IGF-1-Signalkaskaden oder der mTOR-Aktivität war dabei mit einer deutlich verbesserten Nierenfunktion und einem verlängertem Überleben der Tiere assoziiert ohne Einfluss auf die Albuminurie. Es zeigte sich, dass PHB2 in den Podozyten neben der klassischen mitochondrialen Funktion wahrscheinlich auch zur Stabilisierung der Schlitzmembran beiträgt. Diese extra-mitochondriale Funktion von PHB2 ist dabei evolutionär konserviert und ließ sich auch im Fadenwurm C. elegans nachstellen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Both cyclin I and p35 are required for maximal survival benefit of cyclin-dependent kinase 5 in kidney podocytes. Am J Physiol Renal Physiol. 2012 May 1;302(9):F1161-71
Taniguchi Y, Pippin JW, Hagmann H, Krofft RD, Chang AM, Zhang J, Terada Y, Brinkkoetter P, Shankland SJ
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Light microscopic visualization of podocyte ultrastructure demonstrates oscillating glomerular contractions. Am J Pathol. 2013 Feb;182(2):332-8
Höhne M, Ising C, Hagmann H, Völker LA, Brähler S, Schermer B, Brinkkoetter PT, Benzing T
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The role of the podocyte in albumin filtration. Nat Rev Nephrol. 2013 Jun;9(6):328-36
Brinkkoetter PT, Ising C, Benzing T
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Comparative phosphoproteomic analysis of mammalian glomeruli reveals conserved podocin C- terminal phosphorylation as a determinant of slit diaphragm complex architecture. Proteomics. 2014 Nov 25
Rinschen MM, Pahmeyer C, Pisitkun T, Schnell N, Wu X, Maaß M, Bartram MP,Lamkemeyer T, Schermer B, Benzing T, Brinkkoetter PT
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Phosphoproteomic Analysis Reveals Regulatory Mechanisms at the Kidney Filtration Barrier. J Am Soc Nephrol. 2014 Feb 7
Rinschen MM, Wu X, König T, Pisitkun T, Hagmann H, Pahmeyer C, Lamkemeyer T, Kohli P, Schnell N, Schermer B, Dryer S, Brooks BR, Beltrao P, Krueger M, Brinkkoetter PT, Benzing T
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Cyclin I and p35 determine the subcellular distribution of Cdk5. Am J Physiol Cell Physiol. 2015 Feb 15;308(4):C339-47
Hagmann H, Taniguchi Y, Pippin JW, Kauerz HM, Benzing T, Shankland SJ, Brinkkoetter PT
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Inhibition of insulin/IGF-1 receptor signaling protects from mitochondria-mediated kidney failure. EMBO Mol Med. 2015 Feb 2
Ising C, Koehler S, Brähler S, Merkwirth C, Höhne M, Baris OR, Hagmann H, Kann M, Fabretti F, Dafinger C, Bloch W, Schermer B, Linkermann A, Brüning JC, Kurschat CE, Müller RU, Wiesner RJ, Langer T, Benzing T, Brinkkoetter PT
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Prohibitin-2 Depletion Unravels Extra- Mitochondrial Functions at the Kidney Filtration Barrier. Am J Pathol. 2016 May;186(5):1128-39
Ising C, Bharill P, Brinkkoetter S, Brähler S, Schroeter C, Koehler S, Hagmann H, Merkwirth C, Höhne M, Müller RU, Fabretti F, Schermer B, Bloch W, Kerjaschki D, Kurschat CE, Benzing T, Brinkkoetter PT
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Quantitative deep mapping of the cultured podocyte proteome uncovers shifts in proteostatic mechanisms during differentiation. Am J Physiol Cell Physiol. 2016 Sep 1;311(3):C404-17
Rinschen MM, Schroeter CB, Koehler S, Ising C, Schermer B, Kann M, Benzing T, Brinkkoetter PT
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Single and Transient Ca(2+) Peaks in Podocytes do not induce Changes in Glomerular Filtration and Perfusion. Sci Rep. 2016 Oct 19;6:35400
Koehler S, Brähler S, Kuczkowski A, Binz J, Hackl MJ, Hagmann H, Höhne M, Vogt MC, Wunderlich CM, Wunderlich FT, Schweda F, Schermer B, Benzing T, Brinkkoetter PT
