Polycystin-2 signalling in Drosophila melanogaster
Final Report Abstract
Die autosomal dominante polyzystische Nierenerkrankung (ADPKD) ist eine der häufigsten monogenen Erbkrankheiten. Mutationen in den Genen PKD1 und PKD2 verursachen die Erkrankung, aber die molekularen Mechanismen der Krankheitsentstehung sind bislang ungeklärt. PKD1 kodiert für das Protein Polycystin-1, ein Membranprotein, welches vermutlich als Rezeptor fungiert. PKD2 kodiert für das Protein Transient Receptor Potential Channel Polycystin-2 (TRPP2), einen Ca2+-permeablen nichtselektiven Kationenkanal. Polycystin-1 und TRPP2 bilden einen Rezeptor-Ionenkanalkomplex, der eine wichtige Rolle bei der zellulären Signalübertragung spielt. Es wird vermutet, dass Ca2+ Ionen hierbei als zweiter Botenstoff nach Aktivierung des Polycystin-Komplexes dienen. Ca2+-vermittelte Signaltransduktion unterliegt einer präzisen räumlichen und zeitlichen Kontrolle. Es war bislang unklar wie TRPP2 die räumliche und zeitliche Koordination der Ca2+ Signale in Zellen reguliert und welche nachgeschalteten Ca2+-regulierten Proteine als zelluläre Effektoren in der Signalkaskade operieren. Das Ziel dieses Projekts war deshalb die Untersuchung der räumlichen und zeitlichen Koordination der TRPP2-abhängigen Signalübertragung sowie die Identifizierung neuer Komponenten in der Signalkaskade. Diese Ziele wurden mit Hilfe der einer Kombination von genetischen, biochemischen und physiologischen Methoden und mit den Modellorganismen Drosophila melanogaster und Zebrafisch adressiert. Unsere Untersuchungen zeigen, dass TRPP2 in verschiedenen zellulären Kompartimenten funktionieren kann. Im Endoplasmatischen Retikulum (ER) reguliert TRPP2 die Ca2+-Homöostase. Diese Funktion moduliert die ER-Mitochondrien Achse der Ca2+-Signalübertragung und beeinflusst so die Empfindlichkeit von Zellen für den programmierten Zelltod (Apoptose). Dieser Mechanismus ist ein potentieller molekularer Mechanismus der fehlgesteuerten Apoptose bei ADPKD. Im primären Zilium ist TRPP2 an der Detektion von Fluss-vermittelten zellulären Ca2+-Signalen beteiligt. Die nachgeschalteten Ca2+-regulierten Prozesse in der Zelle waren bislang unbekannt. Um diese Prozesse in einem hypothesen-freien Ansatz (forward genetic screen) untersuchen zu können, etablierten wir Drosophila als einen genetisch manipulierbaren Modellorganismus zur Untersuchung der TRPP2 Funktion. In Drosophila ist die ziliäre Funktion von TRPP2 evolutionär konserviert. Das Drosophila TRPP2 Homolog (Amo) funktioniert in Spermien und der Verlust von TRPP2 führt zu einem charakteristischen Verlust der männlichen Fertilität durch einen Defekt der Navigation von Spermien im weiblichen Reproduktionstrakt. Wir nutzten diesen Phänotyp um den molekularen Mechanismus von ADPKD Patientenmutationen und pharmakologische Ansatzpunkte zu untersuchen. Darüber hinaus konnten wir in einem genetischen Screen neue Komponenten in der TRPP2-abhängigen Signalkaskade identifizieren, wie z.B. den Ca2+-regulierten mitochondrialen Metaboliten-Transporter SLC25A25. Zusammenfassend konnten wir in diesem Projekt neue molekulare Mechanismen in der TRPP2- abhängigen Signaltransduktion aufdecken. Langfristig hoffen wir über ein besseres Verständnis der molekularen Pathogenese der ADPKD neue Ansatzpunkte für Therapien zu finden.
Publications
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