Die Bedeutung des Äußeren-Dyneinarm-Docking-Komplexes für die Primäre Ciliäre Dyskinesie

• Antragstellerin: Rim Hjeij, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Kinder- und Jugendmedizin
• Förderung: Förderung seit 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 321122358

Der Begriff Primäre Ciliäre Dyskinesie (PCD) umfasst eine Gruppe klinisch und genetisch heterogener hereditärer Erkrankungen, die durch chronische Atemwegsinfektionen charakterisiert sind. Diese entstehen durch eine verminderte mukoziliäre Reinigung der Atemwege bedingt durch dysfunktionale motile Zilien des Flimmerepithels. Äußere Dynein-Arme (ODA) sind Multiproteinkomplexe, die an den A-Tubulus der äußeren Doppeltubuli des ciliären Axonems gebunden sind und die Kraft für ziliäre und flagellare Bewegung erzeugen. Die Docking-Komplexe der ODA (ODA-DC) stellen die Andockstellen für die äußeren Dynein-Arme zur Verfügung, so dass ein Fehlen von ODA-DCs zu einem Fehlen von ODAs im Axonem führt. Im Jahr 2013 identifizierten wir ARMC4 als ein ODA-DC-assoziiertes Protein, das in den Axonemen von Atemwegszellen von Patienten mit CCDC114-Mutationen nicht nachweisbar ist. Im Anschluss daran identifizierten wir weitere ODA-DC-Komponenten wie CCDC151, TTC25 und MNS1 und charakterisierten ihre funktionelle Rolle bei der PCD. Kürzlich haben wir einen neuen Kandidaten für ein Ca2+-bindendes Protein identifiziert, das beim Menschen mit ODA-DC assoziiert ist (EFCAB1), und wir arbeiten derzeit an dessen Charakterisierung. Auf der Grundlage unserer Daten scheint sich ODA-DC zwischen den verschiedenen Spezies, aber auch zwischen den Atemwegs- und Knotenzilien sowie in den Spermien-Geißeln zu unterscheiden. Zusätzliche Kenntnisse über die Zusammensetzung der ODA-DC sind von großer Bedeutung, um die PCD-Diagnoseverfahren und die Patientenversorgung zu verbessern. Die Ziele des vorliegenden Vorschlags lauten daher wie folgt: 1. Molekulare und zelluläre Charakterisierung des neuartigen kalziumbindenden Proteins EFCAB1, das am ODA-Docking beteiligt ist, und von DAW1, das an der ODA-Typ-2-Assemblierung bei menschlichen PCD-Personen beteiligt ist 2.Identifizierung zusätzlicher Gendefekte, die aufgrund einer abnormalen ODA-DC-Funktion zur PCD führen 3.Validierung von Kandidatenproteinen durch Expressionsanalysen in Kontroll- und mutiertem Gewebe 4.Untersuchung der funktionellen Rolle im Modellorganismus Planaria 5.Studien zur Proteininteraktion von ODA-DC verwandten und ODA-Proteinen 6.Charakterisierung der ODA-DC-Defekte durch Proteomanalysen von primären menschlichen Atemwegskulturen 7.Charakterisierung des Multiprotein-ODA-DC-Komplexes mittels Saccharose-Gradientenfraktionierung. Dieser Strategie folgend erwarten wir, dass es uns gelingen wird, 1) neue Komponenten, die mit dem ODA-DC assoziiert sind, nachzuweisen und 2) die Zusammensetzung des ODA-DC in menschlichen Zilien und zelltypspezifische Unterschiede genauer zu definieren. Diese Daten werden unser Verständnis der normalen Zilienbiologie verbessern und zusätzliche Einblicke in die Pathogenese der PCD geben, wodurch Diagnose und genetische Beratung der betroffenen Personen verbessert werden. Darüber hinaus hoffen wir, dass wir in der Lage sein werden, neue therapeutische Strategien für die PCD zu entwickeln.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Heymut Omran