Regulation of ciliogenesis and ciliary disassembly by nephrocystins
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Nephronophthise ist eine autosomal rezessive Erkrankung des Kindesalters, welche bereits im ersten oder zweiten Lebensjahrzehnt zur Niereninsuffizienz führt. Mehr als 20 Gene wurden identifiziert, deren Mutationen diese Erkrankung verursachen können. Die meisten Genprodukte können in der Zilie, einer mikrotubulären Struktur auf den meisten Körperzellen, nachgewiesen werden, so dass die Nephronophthise zu dem Krankheitskomplex der sogenannten „Ziliopathien“ gerechnet wird. Typisch für die Erkrankungsgruppe sind neben Zytennieren zahlreiche andere extrarenale Manifestationen. Verschiedene Untersuchen lassen vermuten, dass die Nephronophthise-Genprodukte insbesondere eine Rolle für die Transition Zone haben. Dabei handelt es sich um ein Segment der Zilie unmittelbar neben dem Basalkörper, welches für den Transport von Molekülen in die Zilie kontrolliert. Letztlich sind jedoch die molekularen Funktionen dieser Genprodukte nach wie vor weitgehend unbekannt. Unsere Untersuchungen zeigten, dass NPHP2/Inversin über eine Hemmung der Aurora A-Kinase verhindert, dass Zilien durch Aktivierung von Aurora A und HDAC6 abgebaut werden. Durch direkte Interaktion von NPHP2/Inversin mit Aurora A wird die Aktivierung von Aurora A und HDAC6 verhindert. Der Verlust von NPHP2/Inversin kann zumindest teilweise durch HDAC-Inhibitoren ersetzt werden, woraus sich ein potentieller Ansatz für die Behandlung der Nephronophthise Typ II (verursacht durch Mutationen von NPHP2/Inversin) ergibt. Weitergehend Untersuchen ergaben, dass NPHP-Proteine nicht nur innerhalb der Zilie (Transition Zone) aktiv sind, sondern auch für die Strukturierung des apikalen Aktin-Zytoskeletts eine wichtige Rolle spielen. Das apikale Aktin-Zytoskelett ist für eine normale Zilienbildung essentiell; Störungen dieser Struktur verhindert das normale Andocken von Basalkörper an die apikale Membran und die Ausbildung von Zilien. Wir konnten eine Reihe von Aktin-modifizierenden Proteinen in unmittelbarer Nähe von Basalkörpern nachweisen. Diese Untersuchungen wurden in den multi-ziliären Zellen der Xenopus epidermis durchgeführt, da dieses Modell-System der hochauflösenden Mikroskopie besonders gut zugänglich ist und der Xenopus-Embryo genetisch durch Morpholino-Oligonucleotiden besonders leicht manipulierbar ist. Interaktionsstudien zeigten, dass NPHP-Proteine (NPHP1, NPHP4) direkt mit Formin- und WH2-Proteinen interagieren können. Dabei konnte ein komplexer Regulationskreis zwischen NPHP1, SPIRE1/FMN2 und NPHP4 bzw. NPHP9 etabliert werden. Weitergehende Untersuchungen sollen nun zeigen, wie diese Interaktionen während verschiedener Schritte der Ziliogenese (Basalkörper-Docking, Polarisierung, Axonem-Nukleation) kontrolliert werden. Wir vermuten, dass NPHP-Proteine während der Ziliogenese unterschiedliche Interaktionen eingehen, um das umgebende Aktin-Zytoskelett zu konfigurieren und dass die dynamische Interaktion mit unterschiedlichen Aktinmodifizierenden Proteinen für eine normale Zilienstruktur und -funktion essentiell ist.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
-
Inversin relays Frizzled-8 signals to promote proximal pronephros development. Proc Natl Acad Sci U S A. 107(47):20388-93 (2010)
Lienkamp S, Ganner A, Boehlke C, Schmidt T, Arnold SJ, Schafer T, et al.
-
Wnt signaling and primary cilia. Differentiation 83(2):S49-55 (2012)
Lienkamp S, Ganner A, Walz G. Inversin
-
The nephronophthisis gene product NPHP2/Inversin interacts with Aurora A and interferes with HDAC6-mediated cilia disassembly. Nephrol Dial Transplant 28, 2744-2753 (2013)
Mergen M, Engel C, Muller B, Follo M, Schafer T, Jung M, and Walz G
-
The polarity protein Inturned links NPHP4 to Daam1 to control the subapical actin network in multiciliated cells. J Cell Biol 211(5):963-73 (2015)
Yasunaga T, Hoff S, Schell C, Helmstadter M, Kretz O, Kuechlin S, et al.
