Hemmung von TMEM16 Proteinen zur Unterdrückung der Schleimsekretion und Verbesserung der Funktion der Luftwege

• Antragsteller: Professor Dr. Karl Kunzelmann
• Fachliche Zuordnung: Anatomie und Physiologie ; Pneumologie,Thoraxchirurgie ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 407638684

Ein zentrales Problem bei Asthma und Mukoviszidose (CF) ist die Ansammlung großer Mengen Schleim den Luftwegen. Chronische Entzündungen verursachen eine starke Zunahme von schleimproduzierenden Zellen und eine Hochregulation des Calcium-aktivierten Chloridionenkanals TMEM16A. Hierbei ist unklar, ob TMEM16A für die Schleimproduktion bzw. für die Schleimsekretion essentiell ist. Darüber hinaus ist nicht bekannt, ob TMEM16A für die mukoziliäre Clearance der Luftwege von Vorteil ist, oder die Luftwegsfunktion beeinträchtigt. Unsere veröffentlichten und vorläufigen (unveröffentlichten) Ergebnisse von gewebespezifischen TMEM16A- und TMEM16F-Knockout-Mäusen legen nahe, dass TMEM16A essentiell für die Schleimfreisetzung ist, während TMEM16F relevant für die Schleimproduktion ist. TMEM16A und 16F sind Chloridionenkanäle, die in den Luftwegen und im Darmepithel von Mäusen und Menschen exprimiert werden und für die Funktion von CFTR essentiell sind. Wir fanden, dass bei TMEM16A Knockoutmäusen die Sekretion von Flüssigkeit im Wesentlichen fehlt, jedoch der mukoziliäre Transport sogar erhöht ist. Die Hemmung von TMEM16 verbesserte die Luftwegsfunktion bei asthmatischen Mäusen. Unter Verwendung von TMEM16A- und 16F-Knockout-Mäusen sowie durch Versuche an pluripotenten menschlichen Luftwegsepithelzellen werden wir klären, i) ob TMEM16F für die Schleimproduktion essentiell ist, ii) ob TMEM16A für die Schleimsekretion unerlässlich aber für die Schleimproduktion irrelevant ist, iii) ob die Blockade von TMEM16 bei asthmatischen Mäusen die Schleimsekretion abschwächt, die mukoziliäre Clearance erhöht und die Atemwegsfunktion verbessert, und iv) ob die Aktivierung von TMEM16 negative Auswirkungen auf die Luftwegsfunktion hat. Der Schleimtransport und die mukoziliäre Clearance, sowie die akute Schleimfreisetzung werden bei Mäusen in vivo und ex vivo in perfundierten Luftwegen des Schweins, sowie im Mäusedarm gemessen. Wir werden untersuchen ob Niclosamid-Ethanolamin, eine therapeutisch zugelassene Verbindung die ein potenter TMEM16-Hemmer ist, die Schleimproduktion und Schleimsekretion zu hemmen vermag. Wir werden weiterhin testen, ob das Medikament die Luftwegsblockade bei asthmatischen Mäusen und den Darmverschluss bei CF-Mäusen reduziert. Ähnliche Experimente werden unter Verwendung eines neuen und hochpotenten Inhibitors der Firma AMGEN (ANO1-Inhibitor A) durchgeführt. Mittels Aktivatoren von TMEM16 (Eact oder C5) werden wir untersuchen, ob die Aktivierung von TMEM16 einen negativen Einfluss auf die Atemwegsfunktion hat. Dies ist die erste Studie, die die Rolle von TMEM16 für die Clearance bzw. für die Blockade entzündlich veränderter Luftwege eindeutig klären wird. Die Ergebnisse werden neue Einblicke in die zellulären Mechanismen der Schleimfreisetzung liefern. Die Studie scheint dringend erforderlich, da ihre Ergebnisse richtungsweisend sind für zukünftige TMEM16-basierte therapeutische Strategien zur Verbesserung der Luftwegsfunktion bei Asthma und CF.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen