FOR 721: Molekulare Struktur und Funktion der Tight Junction
Biologie
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Forschergruppe 721 hatte sich zum Ziel gesetzt, (i) Moleküleigenschaften und parazelluläre Barriere- bzw. Kanalfunktionen von Tight Junction-Proteinen, (ii) deren Interaktion und (iii) deren Regulation aufzuklären. (iv) Weiterhin sollten die Zusammenhänge zwischen Veränderungen der Tight Junction und pathologischen Vorgängen wie dem Entstehen von Barrierestörungen erforscht werden. Die Studien waren so angelegt, das die gewonnenen Erkenntnisse als Basis für diagnostische und therapeutische Strategien bei Tight Junction-vermittelten Erkrankungen durch Auffindung neuer Targetmoleküle dienen können. Im Folgenden sind die Ergebniss Highlight-artig zusammengefasst: • Ein neuer Passageweg für große Moleküle wurde charakterisiert, der durch die trizelluläre Tight Junction (Kontaktstelle dreier Epithelzellen) führt und durch Herabregulation des Tight Junction-Proteins Tricellulin graduell geöffnet wird. • Bei Colitis ulcerosa wird Tricellulin über eine Signalkaskade vermindert exprimiert und ermöglicht so die Aufnahme von inflammatorischen Stoffen, die die Entzündung verstärken können. • Mit Claudin-2 wurde erstmals ein definierter Wasserkanal der Tight Junction beschrieben. • Einzelne Claudine wurden als Barrierebildner (Claudin-3), Kationenkanal (Claudin-10b) oder Anionenkanal (Claudin-10a, Claudin-17) charakterisiert. Claudin-10-Knockout vermindert im dicken aufsteigenden Teil der Henle-Schleife die Natrium-Permeabilität und führt zu Hypermagnesiämie und Nephrocalzinose. Occludin reguliert die Integrität der Tight Junction und die Lokalisation von Tricellulin. • Von Claudin-1, -3, -5 und -17 wurden Modelle der Tertiärstruktur durch Mutagenese, Struktur-Funktionsstudien und bioinformatischen Methoden generiert. Erstmals wurde ein Strukturmodell des molekularen Verlaufs eines kompletten parazellulären Anionenkanals präsentiert (Claudin-17). • Studien an der Tight Junction-Barriere führten zu dem Konzept, dass am entzündlich veränderten Darm zwei mögliche Folgen auftreten können, (i) gesteigerte parazelluläre Sekretion von Ionen und Wasser (Leckflux-Diarrhoe) und (ii) gesteigerte Aufnahme von Pathogenen mit inflammatorischer Wirkung (Leaky Gut-Konzept). • Absorptionsenhancer für schlecht resorbierbare Medikamente wurden für den Darm und für periphere Nerven untersucht bzw. unter Verwendung von Clostridium perfringens-Enterotoxinfragmenten entwickelt. Ein peptidomimetischer Tight Junction-Modulator wurde zum Patent angemeldet. • In adulter humaner Haut ist es – was bisher umstritten war – tatsächlich die Tight Junction, die eine Barriere für molekulare Tracer bildet. Diese Barrierebildung wurde analog an Keratinozyten bestätigt. • Es wurde eine neue Technik (Zwei-Wege-Impedanzspektroskopie) zur Messung des Tight Junction- Widerstands entwickelt, die in Zellkulturen allgemein anwendbar ist und der konventionellen TER- Messung überlegen ist. Die Ergebnisse schaffen die Voraussetzung für ein besseres Verständnis der Struktur, Funktion und Regelung der Tight Junction sowie ihrer Bedeutung bei Erkrankungen. Translational ist dies für die Entwicklung von Tight Junction-modulierenden pharmakologischen Anwendungen relevant, die mit Störungen von Organbarrieren einhergehen oder die Aufnahme von Medikamenten verbessern sollen. Mit der Forschergruppe wurde die Grundlage für einen international ausgewiesenen Schwerpunkt der Tight Junction-Forschung in Berlin geschaffen.
