Molekulare Charakterisierung der Defekte des Zentraltubulus-Komplexes der Zilien, die eine Primäre Ciläre Dyskinesie (PCD) verursachen

• Antragsteller: Professor Dr. Heymut Omran
• Fachliche Zuordnung: Kinder- und Jugendmedizin
• Förderung: Förderung seit 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 269498644

Die primäre ciliäre Dyskinesie (PCD) ist eine genetisch heterogene Erkrankung charakterisiert durch chronische Erkrankungen des respiratorischen Trakts, Randomisierung der Links-Rechts (LR)-Körperachse und männlicher Infertilität aufgrund funktioneller Störungen motiler Zilien. Die Diagnose wird derzeit hauptsächlich aufgrund ultrastruktureller Defekte von respiratorischen Zilien gestellt. Anders als bei den meisten Formen der PCD können Defekte des zentralen Tubuluspaares (CP; central pair) durch konventionelle Transmissionselekronenmikroskopie (TEM) und Hochfrequenz-Videomikroskopie (HSVM) nicht detektiert werden. Daher sind diese PCD Typen nur schwer zu diagnostizieren.Wir konnten kürzlich zeigen, dass mehrere Formen der PCD mittels Immunfluoreszenz (IF)-Mikroskopie diagnostiziert werden können. Die Analyse von Proteinen, die mit dem CP assoziiert sind, ergab, dass SPEF2 mittels IF in den Zilien von HYDIN-mutanten respiratorische Zellen nicht nachweisbar ist. Die genetische Analyse von Individuen, bei denen SPEF2 mittels IF nicht nachgewiesen werden konnte, ergab die Identifizierung von SPEF2 als neues PCD-Gen, sowie HYDIN-Mutation in weiteren Individuen.Aufgrund der Tatsache, dass Mutationen höchstwahrscheinlich aller Gene inklusive HYDIN, SPEF2 und STK36, die am Aufbau des CP-Komplexes beteiligt sind, nicht zu Defekten der LR-Körperachse führen, und dass strukturelle Defekte mittels TEM nicht zu detektieren sind, ist es weiterhin absolut notwendig, die Kenntnis über den Aufbau des CP-Komplexes im Menschen deutlich zu erweitern und somit die PCD Diagnostik und Patientenversorgung zu verbessern. Um dieses zu erreichen, haben wir uns folgende Ziele gesetzt: 1. Charakterisierung der Zusammensetzung des CP einschließlich neuer Komponenten mittels IF-Mikroskopie und Proteomanalysen 2. Entwicklung neuer diagnostischer Verfahren wie der IF-Mikroskopie zur Identifizierung bestimmter CP-Defekte.3. Identifizierung und Charakterisierung neuer Gene, die im Menschen Bestandteile des CP-Komplexes kodieren 4. Funktionelle Charakterisierung neuer CP-Defekte mittels HSVM, TEM sowie Air-liquid interface (ALI) Zellkultur von primären respiratorischen Zellen zur Untersuchung des Zilienschlagmusters und des mukoziliären Transports5. Genotyp/Phänotyp-Korrelation bei PCD Patienten mit Defekten in Proteinen des CP-Komplexes.Wir erwarten, dass wir 1) neue CP-Komplex-Komponenten im Menschen und damit auch CP-Komplex-Defekte in PCD-Patienten identifizieren werden und 2) den Zusammenbau des CP-Komplexes in menschlichen Zilien inklusive zelltyp-spezifischer Differenzen detailliert charakterisieren werden. Diese Analysen werden dazu beitragen, sowohl die normale Biologie der motilen Zilien im Menschen als auch die Pathogenese der PCD besser zu verstehen und somit sowohl die Diagnostik als auch die Beratung der Patienten deutlich zu verbessern. Wir hoffen außerdem, dass wir - basierend auf diesem Wissen - zukünftig neue therapeutische Wege entwickeln können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen