SFB 1140:  Nierenerkrankungen - vom Gen zum Mechanismus (KIDGEM)

• Fachliche Zuordnung: Medizin ; Biologie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 246781735

• Erstellungsjahr: 2020

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Hochdurchsatztechnologien haben bemerkenswerte Fortschritte beim Verständnis des genetischen Beitrags zur menschlichen Krankheit ermöglicht. Der SFB 1140 (KIDGEM) wurde implementiert, um die Lücke zwischen hochdimensionalen genetischen Daten und mechanistischen Erkenntnissen zu schließen. Diese Information ist zur Prävention oder zur Behandlung von Erbkrankheiten erforderlich, wobei der Schwerpunkt von KIDGEM auf erblichen glomerulären Erkrankungen, tubulären Erkrankungen und Signalwegen bei erblichen Nierenerkrankungen liegt. In der ersten Förderperiode hat KIDGEM in allen Forschungsbereichen erhebliche Fortschritte erzielt und über 200 Publikationen veröffentlicht. Wichtige Erfolge sind die Charakterisierung der Proteinmodule, aus denen das Schlitzdiaphragma (SD) besteht, die Charakterisierung evolutionär konservierter Signalkaskaden und die Entwicklung neuer Strukturmodelle der glomerulären Filtrationsbarriere. Anstatt als statische Barriere zu wirken, zeigte die Gefrier-Substitutions-Elektronenmikroskopie, dass sich SD-Moleküle dynamisch verhalten und sich kontinuierlich dem Raum zwischen den Podozyten-Fußfortsätzen anpassen. Die Untersuchung von Integrin-Alpha-3-Mutationen (ITGA3), welche zu einem erblichen Nieren-Haut-Syndrom führen, ergab, dass ITGA3-Mutationen die zelluläre Mikro-Umgebung verändern. Genomweite Assoziationsstudien identifizierten nicht nur neuartige Gene für chronische Nierenerkrankungen, sondern verbanden Einzelnukleotidpolymorphismen mit bisher unbekannten Stoffwechselwegen. Die Analyse von Proteinkomplexen, die an Histonmodifikationen beteiligt sind, ergab, dass Podozyten epigenetische Programme verwenden, um sich an Stress anzupassen. Obwohl bekannt ist, dass sich die meisten Genprodukte, die für zystische Nierenerkrankungen verantwortlich sind, im Zilium befinden, ist die genaue molekulare Funktion der meisten mit Zilien assoziierten Proteine unbekannt. Eine neuartige UV-Vernetzungsmethode zur Untersuchung von Protein-RNA-Wechselwirkungen (FLASH) ergab, dass einige Zilien RNA-Bindungseigenschaften aufweisen. Darüber hinaus wurden erste potentielle Liganden für Polycystin-1 isoliert, die neue Einblicke in die molekulare Pathogenese der autosomal dominanten polyzystischen Nierenerkrankung liefern. Während PKHD1 lange Zeit als einziges Gen für die autosomal rezessive polyzystische Nierenerkrankung (ARPKD) galt, identifizierte KIDGEM DAZ Interacting Protein 1-Like (DZIP1L) als zweites ARPKD-Gen und entdeckte, dass mehrere Komponenten des DYNEIN-2-Komplexes in Patienten mit Skeleto-Nieren-Ciliopathien mutiert sind. Bei dem Versuch, Proteine zu charakterisieren, die an angeborenen Fehlbildungen von Niere und Harnwegen (CAKUT) beteiligt sind, entdeckte KIDGEM Transkriptionsfaktoren, die Fibroblasten in Tubulus-ähnliche Zellen der Niere umwandeln können. Die induzierten Nierenepithelzellen können entzellularisiertes Nierengewebe wieder besiedeln und Nieren-ähnliche Strukturen bilden. Diese Erkenntnisse haben Auswirkungen auf die Erzeugung von ex-vivo-Modellen für erbliche Nierenerkrankungen und können neue Ansätze zur Behandlung chronischer Nierenerkrankungen liefern. KIDGEM charakterisierte auch grundlegende pathogene Mechanismen bei erblichen Nierenerkrankungen, die von der Rolle der Autophagie bei polyzystischen Nierenerkrankungen bis zur Biogenese von Mitochondrien reichen, und unterstrich damit die Gesamtstrategie von KIDGEM bei der Schaffung eines Forschungsumfelds, das die Entdeckung von Genen mit der Charakterisierung der Genfunktion verbindet.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Albumin-associated free fatty acids induce macropinocytosis in podocytes. J Clin Invest 125, 2307-2316 (2015)
  Chung JJ, Huber TB, Godel M, Jarad G, Hartleben B, Kwoh C, Keil A, Karpitskiy A, Hu J, Huh CJ, Cella M, Gross RW, Miner JH, and Shaw AS
  
• An siRNA-based functional genomics screen for the identification of regulators of ciliogenesis and ciliopathy genes. Nat Cell Biol 17, 1074-1087 (2015)
  Wheway G, Schmidts M, Mans DA, Szymanska K, Nguyen TT, Racher H, Phelps IG, Toedt G, Kennedy J, Wunderlich KA, Sorusch N, Abdelhamed ZA, Natarajan S, Herridge W, van Reeuwijk J, Horn N, Boldt K, Parry DA, Letteboer SJF, Roosing S, Adams M, Bell SM, Bond J, Higgins J, Morrison EE, Tomlinson DC, Slaats GG, van Dam TJP, Huang L, Kessler K, Giessl A, Logan CV, Boyle EA, Shendure J, Anazi S, Aldahmesh M, Al Hazzaa S, Hegele RA, Ober C, Frosk P, Mhanni AA, Chodirker BN, Chudley AE, Lamont R, Bernier FP, Beaulieu CL, Gordon P, Pon RT, Donahue C, Barkovich AJ, Wolf L, Toomes C, Thiel CT, Boycott KM, McKibbin M, Inglehearn CF, Stewart F, Omran H, Huynen MA, Sergouniotis PI, Alkuraya FS, Parboosingh JS, Innes AM, Willoughby CE, Giles RH, Webster AR, Ueffing M, Blacque O, Gleeson JG, Wolfrum U, Beales PL, Gibson T, Doherty D, Mitchison HM, Roepman R, and Johnson CA
  
• Cyclin O (Ccno) functions during deuterosome-mediated centriole amplification of multiciliated cells. EMBO J 34, 1078-1089 (2015)
  Funk MC, Bera AN, Menchen T, Kuales G, Thriene K, Lienkamp SS, Dengjel J, Omran H, Frank M, and Arnold SJ
  
• Molecular architecture of the active mitochondrial protein gate. Science 349, 1544-1548 (2015)
  Shiota T, Imai K, Qiu J, Hewitt VL, Tan K, Shen HH, Sakiyama N, Fukasawa Y, Hayat S, Kamiya M, Elofsson A, Tomii K, Horton P, Wiedemann N, Pfanner N, Lithgow T, and Endo T
  
• Mutations in TBX18 Cause Dominant Urinary Tract Malformations via Transcriptional Dysregulation of Ureter Development. Am J Hum Genet 97, 291-301 (2015)
  Vivante A, Kleppa MJ, Schulz J, Kohl S, Sharma A, Chen J, Shril S, Hwang DY, Weiss AC, Kaminski MM, Shukrun R, Kemper MJ, Lehnhardt A, Beetz R, Sanna-Cherchi S, Verbitsky M, Gharavi AG, Stuart HM, Feather SA, Goodship JA, Goodship TH, Woolf AS, Westra SJ, Doody DP, Bauer SB, Lee RS, Adam RM, Lu W, Reutter HM, Kehinde EO, Mancini EJ, Lifton RP, Tasic V, Lienkamp SS, Juppner H, Kispert A, and Hildebrandt F
  
• TCTEX1D2 mutations underlie Jeune asphyxiating thoracic dystrophy with impaired retrograde intraflagellar transport. Nat Commun 6, 7074 (2015)
  Schmidts M, Hou Y, Cortes CR, Mans DA, Huber C, Boldt K, Patel M, van Reeuwijk J, Plaza JM, van Beersum SE, Yap ZM, Letteboer SJ, Taylor SP, Herridge W, Johnson CA, Scambler PJ, Ueffing M, Kayserili H, Krakow D, King SM, Beales PL, Al-Gazali L, Wicking C, Cormier-Daire V, Roepman R, Mitchison HM, and Witman GB
  
• The polarity protein Inturned links NPHP4 to Daam1 to control the subapical actin network in multiciliated cells. J Cell Biol 211, 963-973 (2015)
  Yasunaga T, Hoff S, Schell C, Helmstadter M, Kretz O, Kuechlin S, Yakulov TA, Engel C, Muller B, Bensch R, Ronneberger O, Huber TB, Lienkamp SS, and Walz G
  
• A flexible, multilayered protein scaffold maintains the slit in between glomerular podocytes. JCI Insight 1 (2016)
  Grahammer F, Wigge C, Schell C, Kretz O, Patrakka J, Schneider S, Klose M, Arnold SJ, Habermann A, Brauniger R, Rinschen MM, Volker L, Bregenzer A, Rubbenstroth D, Boerries M, Kerjaschki D, Miner JH, Walz G, Benzing T, Fornoni A, Frangakis AS, and Huber TB
  
• Direct reprogramming of fibroblasts into renal tubular epithelial cells by defined transcription factors. Nat Cell Biol 18, 1269-1280 (2016)
  Kaminski MM, Tosic J, Kresbach C, Engel H, Klockenbusch J, Muller AL, Pichler R, Grahammer F, Kretz O, Huber TB, Walz G, Arnold SJ, and Lienkamp SS
  
• FAT1 mutations cause a glomerulotubular nephropathy. Nat Commun 7, 10822 (2016)
  Gee HY, Sadowski CE, Aggarwal PK, Porath JD, Yakulov TA, Schueler M, Lovric S, Ashraf S, Braun DA, Halbritter J, Fang H, Airik R, Vega-Warner V, Cho KJ, Chan TA, Morris LG, ffrench-Constant C, Allen N, McNeill H, Buscher R, Kyrieleis H, Wallot M, Gaspert A, Kistler T, Milford DV, Saleem MA, Keng WT, Alexander SI, Valentini RP, Licht C, Teh JC, Bogdanovic R, Koziell A, Bierzynska A, Soliman NA, Otto EA, Lifton RP, Holzman LB, Sibinga NE, Walz G, Tufro A, and Hildebrandt F
  
• Mitochondrial OXA Translocase Plays a Major Role in Biogenesis of Inner-Membrane Proteins. Cell Metab 23, 901-908 (2016)
  Stiller SB, Hopker J, Oeljeklaus S, Schutze C, Schrempp SG, Vent-Schmidt J, Horvath SE, Frazier AE, Gebert N, van der Laan M, Bohnert M, Warscheid B, Pfanner N, and Wiedemann N
  
• MOF Acetyl Transferase Regulates Transcription and Respiration in Mitochondria. Cell 167, 722-738.e723 (2016)
  Chatterjee A, Seyfferth J, Lucci J, Gilsbach R, Preissl S, Bottinger L, Martensson CU, Panhale A, Stehle T, Kretz O, Sahyoun AH, Avilov S, Eimer S, Hein L, Pfanner N, Becker T, and Akhtar A
  
• MOF maintains transcriptional programs regulating cellular stress response. Oncogene 35, 2698-710 (2016)
  Sheikh BN, Bechtel-Walz W, Lucci J, Karpiuk O, Hild I, Hartleben B, Vornweg J, Helmstadter M, Sahyoun AH, Bhardwaj V, Stehle T, Diehl S, Kretz O, Voss AK, Thomas T, Manke T, Huber TB, and Akhtar A
  
• mTORC2 critically regulates renal potassium handling. J Clin Invest 126, 1773-1782 (2016)
  Grahammer F, Nesterov V, Ahmed A, Steinhardt F, Sandner L, Arnold F, Cordts T, Negrea S, Bertog M, Ruegg MA, Hall MN, Walz G, Korbmacher C, Artunc F, and Huber TB
  
• Septins guide microtubule protrusions induced by actin-depolymerizing toxins like Clostridium difficile transferase (CDT). Proc Natl Acad Sci U S A 113, 7870-7875 (2016)
  Nolke T, Schwan C, Lehmann F, Ostevold K, Pertz O, and Aktories K
  
• DHX9 suppresses RNA processing defects originating from the Alu invasion of the human genome. Nature 544, 115-119 (2017)
  Aktas T, Avsar Ilik I, Maticzka D, Bhardwaj V, Pessoa Rodrigues C, Mittler G, Manke T, Backofen R, and Akhtar A
  
• Discrete cytosolic macromolecular BRAF complexes exhibit distinct activities and composition. EMBO J 36, 646-663 (2017)
  Diedrich B, Rigbolt KT, Roring M, Herr R, Kaeser-Pebernard S, Gretzmeier C, Murphy RF, Brummer T, and Dengjel J
  
• Genetic-Variation-Driven Gene-Expression Changes Highlight Genes with Important Functions for Kidney Disease. Am J Hum Genet 100, 940-953 (2017)
  Ko YA, Yi H, Qiu C, Huang S, Park J, Ledo N, Köttgen A, Li H, Rader DJ, Pack MA, Brown CD, and Susztak K
  
• Mutations in DZIP1L, which encodes a ciliary-transition-zone protein, cause autosomal recessive polycystic kidney disease. Nat Genet 49, 1025-1034 (2017)
  Lu H, Galeano MCR, Ott E, Kaeslin G, Kausalya PJ, Kramer C, Ortiz-Bruchle N, Hilger N, Metzis V, Hiersche M, Tay SY, Tunningley R, Vij S, Courtney AD, Whittle B, Wuhl E, Vester U, Hartleben B, Neuber S, Frank V, Little MH, Epting D, Papathanasiou P, Perkins AC, Wright GD, Hunziker W, Gee HY, Otto EA, Zerres K, Hildebrandt F, Roy S, Wicking C, and Bergmann C
  
• Mutations in PIH1D3 Cause X-Linked Primary Ciliary Dyskinesia with Outer and Inner Dynein Arm Defects. Am J Hum Genet 100, 160-168 (2017)
  Paff T, Loges NT, Aprea I, Wu K, Bakey Z, Haarman EG, Daniels JMA, Sistermans EA, Bogunovic N, Dougherty GW, Hoben IM, Grosse-Onnebrink J, Matter A, Olbrich H, Werner C, Pals G, Schmidts M, Omran H, and Micha D
  
• The FERM protein EPB41L5 regulates actomyosin contractility and focal adhesion formation to maintain the kidney filtration barrier. Proc Natl Acad Sci U S A 114, E4621-e4630 (2017)
  Schell C, Rogg M, Suhm M, Helmstadter M, Sellung D, Yasuda-Yamahara M, Kretz O, Kuttner V, Suleiman H, Kollipara L, Zahedi RP, Sickmann A, Eimer S, Shaw AS, Kramer-Zucker A, Hirano-Kobayashi M, Abe T, Aizawa S, Grahammer F, Hartleben B, Dengjel J, and Huber TB
  
• A Multi-layered Quantitative In Vivo Expression Atlas of the Podocyte Unravels Kidney Disease Candidate Genes. Cell Rep 23, 2495-2508 (2018)
  Rinschen MM, Godel M, Grahammer F, Zschiedrich S, Helmstadter M, Kretz O, Zarei M, Braun DA, Dittrich S, Pahmeyer C, Schroder P, Teetzen C, Gee H, Daouk G, Pohl M, Kuhn E, Schermer B, Kuttner V, Boerries M, Busch H, Schiffer M, Bergmann C, Kruger M, Hildebrandt F, Dengjel J, Benzing T, and Huber TB
  
• ARP3 Controls the Podocyte Architecture at the Kidney Filtration Barrier. Dev Cell 47, 741-757.e748 (2018)
  Schell C, Sabass B, Helmstaedter M, Geist F, Abed A, Yasuda-Yamahara M, Sigle A, Maier JI, Grahammer F, Siegerist F, Artelt N, Endlich N, Kerjaschki D, Arnold HH, Dengjel J, Rogg M, and Huber TB
  
• Cilia-localized LKB1 regulates chemokine signaling, macrophage recruitment, and tissue homeostasis in the kidney. EMBO J 37 (2018)
  Viau A, Bienaime F, Lukas K, Todkar AP, Knoll M, Yakulov TA, Hofherr A, Kretz O, Helmstadter M, Reichardt W, Braeg S, Aschman T, Merkle A, Pfeifer D, Dumit VI, Gubler MC, Nitschke R, Huber TB, Terzi F, Dengjel J, Grahammer F, Köttgen M, Busch H, Boerries M, Walz G, Triantafyllopoulou A, and Kuehn EW
  
• Correction: A homozygous KAT2B variant modulates the clinical phenotype of ADD3 deficiency in humans and flies. PLoS Genet 14, e1007748 (2018)
  Goncalves S, Patat J, Guida MC, Lachaussee N, Arrondel C, Helmstadter M, Boyer O, Gribouval O, Gubler MC, Mollet G, Rio M, Charbit M, Bole-Feysot C, Nitschke P, Huber TB, Wheeler PG, Haynes D, Juusola J, de Villemeur TB, Nava C, Afenjar A, Keren B, Bodmer R, Antignac C, and Simons M
  
• CXCL12 and MYC control energy metabolism to support adaptive responses after kidney injury. Nat Commun 9, 3660 (2018)
  Yakulov TA, Todkar AP, Slanchev K, Wiegel J, Bona A, Gross M, Scholz A, Hess I, Wurditsch A, Grahammer F, Huber TB, Lecaudey V, Bork T, Hochrein J, Boerries M, Leenders J, de Tullio P, Jouret F, Kramer-Zucker A, and Walz G
  
• De novo mutations in MSL3 cause an X-linked syndrome marked by impaired histone H4 lysine 16 acetylation. Nat Genet 50, 1442-1451 (2018)
  Basilicata MF, Bruel AL, Semplicio G, Valsecchi CIK, Aktas T, Duffourd Y, Rumpf T, Morton J, Bache I, Szymanski WG, Gilissen C, Vanakker O, Ounap K, Mittler G, van der Burgt I, El Chehadeh S, Cho MT, Pfundt R, Tan TY, Kirchhoff M, Menten B, Vergult S, Lindstrom K, Reis A, Johnson DS, Fryer A, McKay V, Fisher RB, Thauvin-Robinet C, Francis D, Roscioli T, Pajusalu S, Radtke K, Ganesh J, Brunner HG, Wilson M, Faivre L, Kalscheuer VM, Thevenon J, and Akhtar A
  
• Identification of a novel anoikis signalling pathway using the fungal virulence factor gliotoxin. Nat Commun 9, 3524 (2018)
  Haun F, Neumann S, Peintner L, Wieland K, Habicht J, Schwan C, Ostevold K, Koczorowska MM, Biniossek M, Kist M, Busch H, Boerries M, Davis RJ, Maurer U, Schilling O, Aktories K, and Borner C
  
• Large-scale whole-exome sequencing association studies identify rare functional variants influencing serum urate levels. Nat Commun 9, 4228 (2018)
  Tin A, Li Y, Brody JA, Nutile T, Chu AY, Huffman JE, Yang Q, Chen MH, Robinson-Cohen C, Mace A, Liu J, Demirkan A, Sorice R, Sedaghat S, Swen M, Yu B, Ghasemi S, Teumer A, Vollenweider P, Ciullo M, Li M, Uitterlinden AG, Kraaij R, Amin N, van Rooij J, Kutalik Z, Dehghan A, McKnight B, van Duijn CM, Morrison A, Psaty BM, Boerwinkle E, Fox CS, Woodward OM, and Köttgen A
  
• Membrane protein insertion through a mitochondrial beta-barrel gate. Science 359 (2018)
  Hohr AIC, Lindau C, Wirth C, Qiu J, Stroud DA, Kutik S, Guiard B, Hunte C, Becker T, Pfanner N, and Wiedemann N
  
• Mutations in C11orf70 Cause Primary Ciliary Dyskinesia with Randomization of Left/Right Body Asymmetry Due to Defects of Outer and Inner Dynein Arms. Am J Hum Genet 102, 973-984 (2018)
  Hoben IM, Hjeij R, Olbrich H, Dougherty GW, Nothe-Menchen T, Aprea I, Frank D, Pennekamp P, Dworniczak B, Wallmeier J, Raidt J, Nielsen KG, Philipsen MC, Santamaria F, Venditto L, Amirav I, Mussaffi H, Prenzel F, Wu K, Bakey Z, Schmidts M, Loges NT, and Omran H
  
• Recessive DNAH9 Loss-of-Function Mutations Cause Laterality Defects and Subtle Respiratory Ciliary-Beating Defects. Am J Hum Genet 103, 995-1008 (2018)
  Loges NT, Antony D, Maver A, Deardorff MA, Gulec EY, Gezdirici A, Nothe-Menchen T, Hoben IM, Jelten L, Frank D, Werner C, Tebbe J, Wu K, Goldmuntz E, Cuturilo G, Krock B, Ritter A, Hjeij R, Bakey Z, Pennekamp P, Dworniczak B, Brunner H, Peterlin B, Tanidir C, Olbrich H, Omran H, and Schmidts M
  
• Structural Basis of Membrane Protein Chaperoning through the Mitochondrial Intermembrane Space. Cell 175, 1365-1379.e1325 (2018)
  Weinhaupl K, Lindau C, Hessel A, Wang Y, Schutze C, Jores T, Melchionda L, Schonfisch B, Kalbacher H, Bersch B, Rapaport D, Brennich M, Lindorff-Larsen K, Wiedemann N, and Schanda P
  
• uvCLAP is a fast and non-radioactive method to identify in vivo targets of RNA-binding proteins. Nat Commun 9, 1142 (2018)
  Maticzka D, Ilik IA, Aktas T, Backofen R, and Akhtar A
  
• Anaerobic Glycolysis Maintains the Glomerular Filtration Barrier Independent of Mitochondrial Metabolism and Dynamics. Cell Rep 27, 1551-1566.e1555 (2019)
  Brinkkoetter PT, Bork T, Salou S, Liang W, Mizi A, Ozel C, Koehler S, Hagmann HH, Ising C, Kuczkowski A, Schnyder S, Abed A, Schermer B, Benzing T, Kretz O, Puelles VG, Lagies S, Schlimpert M, Kammerer B, Handschin C, Schell C, and Huber TB
  
• Eomes and Brachyury control pluripotency exit and germ-layer segregation by changing the chromatin state. Nat Cell Biol 21, 1518-1531 (2019)
  Tosic J, Kim GJ, Pavlovic M, Schroder CM, Mersiowsky SL, Barg M, Hofherr A, Probst S, Köttgen M, Hein L, and Arnold SJ
  
• Primary decidual zone formation requires Scribble for pregnancy success in mice. Nat Commun 10, 5425 (2019)
  Yuan J, Aikawa S, Deng W, Bartos A, Walz G, Grahammer F, Huber TB, Sun X, and Dey SK
  
• Target genes, variants, tissues and transcriptional pathways influencing human serum urate levels. Nat Genet 51, 1459-1474 (2019)
  Tin A, Marten J, Halperin Kuhns VL, Li Y, Wuttke M, ..., and Köttgen A
  
• Genetic studies of urinary metabolites illuminate mechanisms of detoxification and excretion in humans. Nat Genet 52, 167-176 (2020)
  Schlosser P, Li Y, Sekula P, Raffler J, Grundner-Culemann F, Pietzner M, Cheng Y, Wuttke M, Steinbrenner I, Schultheiss UT, Kotsis F, Kacprowski T, Forer L, Hausknecht B, Ekici AB, Nauck M, Volker U, Walz G, Oefner PJ, Kronenberg F, Mohney RP, Köttgen M, Suhre K, Eckardt KU, Kastenmuller G, and Köttgen A
  
• Human C-terminal CUBN variants associate with chronic proteinuria and normal renal function. J Clin Invest 130, 335-344 (2020)
  Bedin M, Boyer O, Servais A, Li Y, Villoing-Gaude L, Tete MJ, Cambier A, Hogan J, Baudouin V, Krid S, Bensman A, Lammens F, Louillet F, Ranchin B, Vigneau C, Bouteau I, Isnard-Bagnis C, Mache CJ, Schafer T, Pape L, Godel M, Huber TB, Benz M, Klaus G, Hansen M, Latta K, Gribouval O, Moriniere V, Tournant C, Grohmann M, Kuhn E, Wagner T, Bole-Feysot C, Jabot-Hanin F, Nitschke P, Ahluwalia TS, Köttgen A, Andersen CBF, Bergmann C, Antignac C, and Simons M