Die Rolle von PATJ bei der Pathogenese von Ziliopathien und der Entwicklung von Nierenzysten

• Antragsteller: Professor Dr. Carsten Bergmann; Professor Michael Krahn, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Nephrologie ; Nuklearmedizin, Strahlentherapie, Strahlenbiologie
• Förderung: Förderung seit 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 418060010

Die polyzystische Nierenerkrankung (PKD) und verwandte Ziliopathien sind schwer verlaufende genetische Erkrankungen, für die in den letzten Jahren einige ursächliche Gene identifiziert wurden. Trotzdem konnte in vielen PKD-Fällen keine Mutation in den bekannten Genen nachgewiesen werden. Deswegen ist für die genauere Erforschung dieser Erkrankungen die Identifizierung und pathomechanistische Analyse neuer ursächlicher Gene von großer Bedeutung. Wir haben verschiedene biallelische Mutationen in dem Gen PATJ in drei nicht miteinander verwandten Familien mit PKD identifiziert. PATJ kodiert für ein Adapterprotein, welches den Crumbs-Komplex an den Tight Junctions (TJ) stabilisiert. Wir konnten zeigen, dass PATJ zusätzlich auch an primären Zilien lokalisiert. Der Knockout von PATJ in Epithelzellen resultiert in defekten TJ und einer misregulierten apikal-basalen Polarität. Darüber hinaus zeigen PATJ-defiziente Zellen eine stark verminderte Anzahl primärer Zilien. Mechanistisch haben wir herausgefunden, dass PATJ direkt an die Histon-Deacetylase 7 (HDAC7) bindet und dass eine Inhibition oder ein Knockdown von HDAC7 in PATJ-defizienten Zellen sowohl die Polaritäts- als auch die Ziliendefekte rettet. Im von uns als in vivo-System eingesetzten Zebrafish führt ein Knockdown oder Knockout von PATJ und seinem Paralog, MUPP1, zu einer Verkürzung primärer Zilien sowie zu Phänotypen, die charakteristisch für Ziliopathien sind, wie z.B. Hydrocephalus und Defekte in der Herzentwicklung. Diese Defekte finden wir in abgeschwächter Form auch bei einer Reexpression der PATJ-Mutationen in diesen Fischen. Wir haben somit eine neue Funktion von PATJ bei der Regulation primärer Zilien identifiziert und einen bisher unbekannten Mechanismus beschrieben, wie PATJ die Zellpolarität, TJ und Zilien reguliert. In diesem Fortsetzungsprojekt wollen wir nun klären, wie genau HDAC7 Zilien und Zellpolarität/TJ reguliert. Dazu sollen mögliche transkriptionelle Änderungen sowie direkt Deacetylierungs-Substrate von HDAC7 identifiziert und nachfolgende in der Zellkultur und im Zebrafish charakterisiert werden. Zudem soll die Interaktion von PATJ und HDAC7 genauer untersucht werden. In einem parallelen Ansatz wollen wir zum einen in größeren Patientenkohorten nach weiteren PATJ-Mutationen screenen und zum anderen den molekularen Pathomechanismus und die Signalwege in den PATJ-abhängigen Ziliopathien in der Zellkultur und im Zebrafish erforschen. Schließlich werden wir ein PATJ/MUPP1 Knockout Modell in der Maus etablieren, um unsere Ergebnisse in einem Säugetier zu verifizieren. Wir hoffen, von diesen Experimenten Aufschluss über die physiologische Funktion von PATJ bei der Tubulogenese und der Misregulation in einer Gruppe von Patienten mit PKD zu erlangen. Die Ergebnisse sollen darüber hinaus zu einem besseren Verständnis der zellulären und molekularen Mechanismen der Zystenformierung und Ziliopathien beitragen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen