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Sonderforschungsbereich 699

Strukturelle, physiologische und molekulare Grundlagen der Nierenfunktion

Projektbereich A: Glomeruläre und tubuläre Funktion

Teilprojekt A3 (Physiologie)

Pathophysiologie der Salzverlustsyndrome durch Mutationen der einwärtsgleichrichtenden Kaliumkanäle KCNJ10 und KCNJ16
Gemeinsam mit Prof. Kleta, University College London, haben wir 2009 ein neues autosomal rezessives Salzverlustsyndrom beschrieben, welches aufgrund der Symptome Epilepsie, Ataxie, sensorineurale Taubheit und Tubulopathie EAST-Syndrom genannt wurde. Das EAST-Syndrom wird durch loss-of-function Mutationen im Kaliumkanal KCNJ10 verursacht. In der vergangenen Antragsperiode haben wir begonnen, die Rolle von KCNJ10 und seines Partnerproteins KCNJ16 in der Niere mit Hilfe neuer Mausmodelle zu untersuchen. Basierend darauf möchten wir in der kommenden Antragsperiode folgende Fragen bearbeiten:

1. Genotyp-Phänotyp-Korrelation bei KCNJ10-Mutationen
Auf welchen molekularen Mechanismen beruhen die Unterschiede der klinischen Symptomatik bei Patienten mit EAST-Syndrom? Unterschiedliche Mutationen von KCNJ10 können zu spezifischen Defekten führen. Mit Hilfe elektrophysiologischer und fluoreszenzoptischer Methoden sollen neue Mutanten untersucht und der Genotyp mit dem in vitro Phänotyp und der klinischen Symptomatik in Zusammenhang gesetzt werden.
2. KCNJ16: Ein neues Kandidatengen für eine distale Tubulopathie
Unsere klinischen Kooperationspartner Prof. Konrad und Prof. Waldegger haben bei einem Patienten mit Salzverlustsyndrom und weiteren extrarenalen Symptomen eine homozygote KCNJ16 Mutation gefunden. Nun soll geklärt werden, ob diese Mutation tatsächlich für die Entstehung des Krankheitsbildes verantwortlich ist. Ergänzend zu in vitro Versuchen soll mit Hilfe der KCNJ16-Knockoutmaus vergleichend untersucht werden, ob die Erkrankung einer "loss-of-function" oder einer "gain-of-function" Mutation entspricht.
3. Analyse der KCNJ10/KCNJ16-Heteromerfunktion mittels induzierbarem Doppelknockout
Es ist bekannt, dass KCNJ10 im distalen Tubulus der Niere mit der Untereinheit KCNJ16 heteromere Kanäle bildet. Wir möchten die Funktion heteromerer KCNJ10/KCNJ16-Kanäle in der Niere untersuchen, ohne dass zur Bildung homomerer oder unphysiologisch-heteromerer Kanäle kommen kann.

Wir erhoffen uns, durch diese Versuche ein besseres Verständnis der molekularen Pathophysiologie dieser neuen Salzverlustsyndrome zu erhalten. Fernziel ist, durch Kenntnis der molekularen und zellulären Zusammenhänge renale Salzverlustsyndrome genauer diagnostizieren und - im Idealfall - therapieren zu können.
Projektleiter: Prof. Dr. Richard Warth

Teilprojekt A7 (Medizinische Physiologie, Physiologie und Pathophysiologie des epithelialen Transports)

Kontrolle des Zellvolumens und epithelialen Transports durch Anoctamine
Anoctamine bilden eine neue Proteinfamilie, die Ca2+-aktivierte Chloridionenkanäle bilden können, aber auch weitere noch wenig erforschte Eigenschaften besitzen. Diese Proteinfamilie umfasst 10 Mitglieder (TMEM16A-K, Ano1-10). In der ersten Verlängerungsperiode konnten wir zeigen, dass Ano1 in der apikalen Plasmamembran von proximalen Tubulusepithelzellen der Niere exprimiert wird. Dort scheint es die Aktivität der vakuolären H+-ATPase zu kontrollieren und nimmt somit Einfluss auf die proximal-tubuläre H+-Sekretion und Proteinresorption. Weiterhin scheint Ano1 eine Rolle bei der Entstehung von Nierenzysten zuzukommen. Wir konnten zeigen, dass im Prinzip alle Anoctamine dazu in der Lage sind, Ca2+-aktivierte Cl--Ströme zu bilden und dass diese während der zellulären Volumenregulation aktiviert werden. Abgesehen von Ano1 und Ano2 sind die physiologischen Funktionen der anderen Anoctamine weitgehend unbekannt. Die pleiotropen Effekte von Anoctaminen auf den Membrantransport, die wir und andere Arbeitsgruppen bislang gefunden haben, betreffen außer dem beschriebenen Protonentransport, auch den Ca2+-Einstrom (SOCE), das Scrambling von Membranphospholipiden, die Regulation des Zellvolumens, sowie Zellmigration und Zellproliferation. Außerdem produzieren die unterschiedlichen Anoctamine auch Kationenströme, was momentan unverstanden ist. Wir wollen die Hypothese untersuchen, dass die zellphysiologische und gewebsspezifische, v.a. renale Funktion der Anoctamine nur in Verbindung mit anderen Transportproteinen verstanden werden kann. Die Anoctamine 6 und 10 sind stark in murinen Nieren exprimiert. Während sich Teilprojekt A12 mit Ano6 beschäftigt, wollen wir im vorliegenden Projekt die renale Funktion von Ano10 im Mausmodell und in vitro untersuchen. Durch Zusammenarbeit mit der Universität Münster steht dem Projekt eine gefloxte Ano10 Maus zu Verfügung. Vorarbeiten weisen auf eine molekulare Interaktion von Ano10 mit Aquaporin 3 und dem Eisentransporter Ferroportin-1 hin. Wir wollen daher die funktionelle Interaktion von Ano10 mit diesen Transportproteinen untersuchen und die Rolle von Ano10 und der übrigen Anoctamine für den volumenregulierten Chloridionenkanal VRAC aufdecken. In Zusammenarbeit mit dem EMBL/Heidelberg werden wir in funktionellen Screens die Wechselwirkung von Ano1, 6 und 10 mit anderen Transportern überprüfen. Zusammen mit dem Teilprojektprojekt A12 erwarten wir a) eine molekulare Einsicht in die Funktionsweise der Anoctamine, b) ein umfassenderes Verständnis der physiologischen Rolle der Anoctamine in der Niere und c) die molekulare Beschreibung von VRAC.
Projektleiter: Prof. Dr. Karl Kunzelmann

Teilprojekt A8 (Nephrologie / Molekular- und Zellbiologie der Niere)

Intrazellulärer Transport von Polycystin-2 und Domänenanalyse von Polycystin-2 in vivo
Zystennieren werden bei mehreren Erkrankungen beobachtet, die mit Abstand häufigste ist dabei die autosomaldominante polyzystische Nierenerkrankung. Verursacht wird diese durch Mutationen in den Genen PKD1 und PKD2, von denen letzteres für den nicht-selektiven Kationenkanal Polycystin-2 kodiert. Das Polycystin-2 Protein besitzt sechs Membrandomänen und eine Porenregion zwischen der fünften und sechsten Transmembrandomäne. Es ist in der Membran des endoplasmatischen Retikulums und der Zellmembran des primären Ziliums lokalisiert. Der Transport des Proteins vom Ort der Synthese (endoplasmatisches Retikulum) zum wahrscheinlichen Erfolgsorgan (primäres Zilium) scheint unkonventionellen Mechanismen zu folgen, denn wir haben herausgefunden, dass Polycystin-2 nicht den Golgi-Apparat durchläuft. Eine wichtige Rolle spielt dabei das mit dem COOH-Terminus von Polycystin-2 interagierende Protein PIGEA-14, welches auch mit GM130, einem Protein der Golgi-Matrix, interagiert und zur Umverteilung von Polycystin-2 in der Zelle führt.

(i) In einem Zwei-Hybrid-Screen mit PIGEA-14 als Köder haben wir weitere Interaktionspartner von PIGEA-14 identifiziert, welche Aufschlüsse über seinen Wirkmechanismus zulassen. Die biochemische, zellbiologische und funktionelle Charakterisierung der Interaktionspartner wird im Zentrum des Arbeitsprogramms 1 stehen.
(ii) Unsere Vorbefunde zeigen, dass die Bewegung von Polycystin-2 im primären Zilium selber durch aktiven Transport erfolgt. Die Identifizierung der für den Transport verantwortlichen Domänen im NH2-Terminus von Polycystin-2 sowie die molekulare Aufklärung der Transportmechanismen werden uns weitere wichtige Aufschlüsse über dieses Protein geben.
(iii) Im dritten Arbeitsprogramm schließlich wird die Charakterisierung zweier Pkd2 Knock-in Mäuse vorangetrieben. Sowohl die Knock-in Maus mit einem verkürzten Polycystin-2 Protein als auch die Knock-in Maus mit veränderten Kanaleigenschaften entwickeln Nierenzysten, und zwar mit einer jeweils sehr eigenen Dynamik. Der Pathomechanismus der Zystenentstehung in den beiden Knock-in Mutanten wird über einen genetischen Zugang sowie durch zellbiologische, biochemische und elektrophysiologische Techniken aufgeklärt.
Projektleiter: Prof. Dr. Ralph Witzgall

Teilprojekt A10 (Innere Medizin, Nephrologie)

Entwicklung von Fibrozyten und ihr Beitrag zur Kollagenproduktion
Nierenfibrose ist die gemeinsame Endstrecke einer Vielzahl von Nierenschädigungen und betrifft sowohl das Interstitium als auch die Glomeruli. Fibrose stellt bei vielen Nierenerkrankungen einen negativen prognostischen Marker dar, wobei unklar ist, ob Fibrose nur Ausdruck einer fortgeschrittenen Schädigung ohne adäquate Regeneration ist, oder per se zur Funktionseinschränkung noch intakter Nephrone führt. Experimentelle Daten im Mausmodell deuten darauf hin, dass in der Niere drei verschiedene zelluläre Mechanismen an der Entstehung einer Nierenfibrose beteiligt sind. Dies sind mesenchymale Zellen (Fibroblasten / Perizyten), kollagenproduzierende hämatopoietische Zellen (Fibrozyten) und epitheliale / endotheliale Zellen, die sich in mesenchymale Zellen transformieren können (EMT / EndoMT). Welchen Beitrag die einzelnen Zellen zur Entstehung einer Nierenfibrose und insbesondere zur Produktion von Kollagen / Bindegewebe leisten ist bis dato unklar. Durch zelltyp-spezifische Deletion von Kollagen I soll diese Frage beantwortet und gleichzeitig untersucht werden, ob eine verminderte Kollagenproduktion zu einer verringerten Nierenschädigung und besseren Regeneration führt. Im Einzelnen sollen folgende Fragen beantwortet werden:
1. Aus welcher hämatopoietischen Zellreihe und aus welchen Vorläuferzellen entstehen Fibrozyten?
2. Welchen Anteil haben mesenchymale, epitheliale und hämatopoietische Zellen an der Produktion von Kollagen Typ 1 im Nierenfibrosemodell der einseitigen Ureterligatur?
3. Stellt die Produktion von Kollagen Typ 1 einen eigenständigen Schädigungsmechanismus dar?
Projektleiter: Prof. Dr. Matthias Mack

Teilprojekt A11 (Physiologie, funktionelle Genomik)

Mutationen des Fanconi-assoziierten Proteins 2 (FAP2) als Ursache einer erblichen Tubulopathie
In der letzten Förderperiode haben wir ein peroxisomales Protein untersucht, dessen Mutation zu einem isolierten renalen Fanconi-Syndrom führt. Unser Kooperationspartner Prof. Robert Kleta (University College London) hat mittels Kopplungsanalyse (LOD Score > 3) ein weiteres Gen gefunden, welches ebenfalls ein renales Fanconi-Syndrom verursacht. Bei diesem zweiten Genprodukt handelt es sich um ein mitochondriales Protein, welches von uns als Fanconi-assoziiertes Protein 2 (FAP2) bezeichnet wird. Die Erkrankung zeigt komplette Penetranz und wird autosomal dominant vererbt.
Ziel dieses Antrags ist die Erforschung der molekularen Ursachen dieser neuartigen Nierenerkrankung. Bei renalen Fanconi-Syndromen handelt es sich um tiefgreifende Störungen des proximalen Tubulus, die ganz unterschiedliche Pathogenesen aufweisen können. Aufgrund der intrazellulären Lokalisation von FAP2 stehen bei der Aufklärung des Pathomechanismus die Mitochondrien im Mittelpunkt.
Die Erkrankung kann relevante Erkenntnisse über die Pathogenese dieses renalen Fanconi-Syndroms liefern. Ferner wird ein besseres Verständnis der molekularen Krankheitsursachen dabei helfen, symptomatische Therapien für die betroffenen Patienten zu entwickeln.
Projektleiter: PD Dr. Markus Reichold / Dr. Jörg Reinders / Prof. Dr. Richard Warth

Teilprojekt A12 (Medizinische Physiologie, Physiologie und Pathophysiologie des epithelialen Transports)

Anoctamin 6 – ein ubiquitäres Protein mit Expression in der Niere
Anoctamine formen eine neue Proteinfamilie, die Ca2+-aktivierte Chloridkanäle bilden können. Diese Proteinfamilie umfasst 10 Mitglieder (TMEM16A-K, Anoctamin 1-10). Die Proteine werden nicht nur mit Ca2+ aktivierten Chloridkanälen, sondern auch mit verschiedensten anderen zellulären Funktionen in Verbindung gebracht. In der ersten Verlängerungsperiode konnten wir zeigen, dass Anoctamin 1 (Ano1) in der apikalen Plasmamembran von proximalen Tubulusepithelzellen der Niere exprimiert wird. Dort dient es der Regulation der Säuresekretion und ist bei der Proteinresorption beteiligt. Weiterhin scheint Ano1 eine Rolle bei der Entstehung von Nierenzysten zuzukommen. Wir konnten zeigen, dass im Prinzip alle Anoctamine dazu in der Lage sind Ca2+-aktivierte Cl-- Ströme zu bilden. Abgesehen von Ano1 und Ano2 sind die physiologischen Funktionen der anderen Anoctamine jedoch weitgehend unbekannt.

Für Ano6 konnten wir bislang zeigen, dass dieses Anoctamin eine wesentliche Komponente des lange gesuchten auswärts gleichrichtenden Chloridkanals ORCC bildet. Dieser Kanal wird zudem durch Zellschwellung, sowie durch sehr hohe intrazelluläre Ca2+- Konzentrationen aktiviert. Ano6 ist weiterhin für das Ca2+- induzierte Scrambling von Membranphospholipiden verantwortlich, welches zu einer Exposition von Phosphatidylserinen in der äußeren Phospholipidschicht der Zellmembran führt. Weitere Vorarbeiten lassen eine Beteiligung bei der polyzystischen Nierendysplasie vermuten.

Ano6 zeigt eine deutliche Expression in der Niere und vielen anderen Geweben. Die Expression von Ano6 ist auf die basolaterale Seite von Epithelzellen des distalen Nephrons und auf das Epithel der Bowmankapsel begrenzt. Auch NCX1 wird reichlich auf der basolateralen Seite von Tubulusepithelien exprimiert. Über die tatsächliche Funktion von Ano6 besteht weitgehend Unklarheit. Wir wollen die Rolle von Ano6 für den glomerulären und den tubulären Ionentransport mit Hilfe einer Ano6 defizienten Maus untersuchen. Im Two-Hybrid/Split-Ubiquitin-System wurden Interaktionen mit dem elektrogenen Na+/Ca2+-Austauscher NCX1 sowie dem Lipidtransporter SCP-2 gefunden, was viele der bisherigen Ergebnisse erklären könnte. Das Fehlen einer Ano6-abhängigen Aktivierung von NCX1 könnte den Defekt der Knochenmineralisierung in Ano6-defizienten Mäusen erklären, da NCX1 eine Bedeutung sowohl für die renale Ca2+-Rückresorption in der Niere, als auch für die Osteoblastenfunktion und die Mineralisierungsvorgänge im Knochen hat. In der laufenden Förderperiode wurden die molekularen Werkzeuge generiert, um diesen Fragen experimentell weiter nachzugehen. Zusätzlich zu der vorhandenen Ano6-defizienten Mauslinie, wird in Zusammenarbeit mit weiteren Arbeitsgruppen eine Ano6/LoxP Mauslinie generiert, um einen gewebsspezifischen Knockout herstellen zu können. Die geplanten Experimente sollen ein Verständnis der biologischen Funktion von Ano6 ermöglichen und dessen Funktion bei renaler Ca2+-Resorption, Knochenmineralisierung durch Osteoblasten und dem Phospholipidscrambling von Membranen aufdecken. Schließlich soll in Zusammenarbeiten mit weiteren Arbeitsgruppen innerhalb und außerhalb des SFB699 eine mögliche Beteiligung von Ano6 bei der Entstehung von Nierenzysten untersucht werden.
Projektleiter: Prof. Dr. Rainer Schreiber

Teilprojekt A13 (Anatomie, Entwicklungsbiologie)

Die Nephrozyten von Drosophila melanogaster als Modellsystem zu einem besseren Verständnis der Podozytendifferenzierung und -funktion
Das Teilprojekt gliedert sich in zwei Unterprojekte: Erstens ein besseres Verständnis des Filtrationsapparates in Drosophila und zweitens die Untersuchung der Funktion der Zellpolaritätsproteine PATJ (Pals1-Associated Tight Junction protein) und MUPP1 (Multiple PDZ-containing Protein 1) im Mausmodell.

1. Für die Reinigung der Hämolymphe in Drosophila existieren im Gegensatz zur Niere der Vertebraten zwei getrennte Systeme: Während der tubuläre Anteil (die Malpighischen Gefäße) direkt in den (End-)Darm mündet, liegen die Nephrozyten als einzelne Zellen direkt in der Leibeshöhle der Fliege und filtrieren Toxine aus der Hämolymphe in eine lakunenartige Einstülpung, die durch eine der Schlitzmembran von Säugern homologen Struktur begrenzt wird. Aus dieser Einstülpung werden die Toxine anschließend endozytiert und lebenslang (= bis zu 60 Tage) intrazellulär gespeichert, um somit inaktiviert zu werden. Über Nephrozyten ist noch relativ wenig bekannt, aber verschiedene Erkenntnisse haben eine Homologie zu Podozyten in Säugetieren gezeigt.
Um diese Zellen hinsichtlich ihrer Entwicklung, Polarisierung und Funktion genauer zu charakterisieren, wollen wir zunächst die Expression und Lokalisation von Polaritätsdeterminanten untersuchen, welche bereits in epithelialen Zellen gut charakterisiert sind. Dies erfolgt mittels zellbiologischer (Immunofluoreszenzen) und elektronenmikroskopischer (Immuno-EM, Photokonversion-EM, Kooperation mit Prof. Witzgall (A1) und Z2) Techniken. Die Rolle dieser Proteine/Gene für Funktion und Morphologie der Nephrozyten soll anschließend durch gerichtete RNA-Interferenz bzw. durch Analyse von mutanten Zellpopulationen in vivo analysiert werden. Dabei wird v.a. die Ultrastruktur (EM) und die Funktion (Absorption verschieden großer Fluorochrome durch die Nephrozyten sowie Inaktivierung von Toxinen) analysiert.
Schließlich soll ein Genom-weiter Screen mittels RNA-Interferenz durchgeführt werden, bei dem durch das UAS/GAL4-System ausschließlich in Nephrozyten die mRNA eines Großteils der Drosophila-Gene einzeln herunterreguliert wird. Als einfacher Readout wird die Aufnahme von Fluorochromen verschiedener Größe sowie die Vitalität nach Toxingabe verwendet. Positive Kandidatengene werden dann mittels EM und funktionellen Assays weiter charakterisiert.
2. In Drosophila konnten wir bereits zeigen, dass das hochkonservierte Protein PATJ nicht essentiell für die Etablierung und Erhaltung der Zellpolarität per se ist, sondern Myosin bindet und dessen Phosphorylierung und damit seine Aktivierung reguliert. Darüber trägt PATJ indirekt zur Stabilisierung der apikalen Zell-Zell-Kontakte bei.

In dem beantragten Projekt wollen wir untersuchen, welche Funktion PATJ in Podozyten von Säugetieren in vivo hat. Dies ist insbesondere für die Differenzierung der Podozyten interessant, da es hier zu umfangreichen Umstrukturierungen des Zytoskeletts kommt und auch die Ausbildung und der Erhalt der Schlitzmembran von Myosin-vermittelter Zellkontraktilität abhängig ist.
Dafür werden wir eine konditionelle INADL(das Mausgen, welches für PATJ kodiert)-Knock-out Maus etablieren und ihren ubiquitären und v.a. Podozyten-spezifischen Knock-out Phänotyp charakterisieren. Da ein weiteres Gen (MUPP1) eine starke Homologie zu Drosophila PATJ aufweist soll ein weiteres konditionelles Knock-out Mausmodell etabliert werden, um die Phänotypen eines MUPP1 Knock-outs bzw. eines kombiniertes Knockouts von INADL und MUPP1 in Podozyten zu analysieren.
Darüber hinaus sollen mit biochemischen und zellbiologischen Methoden die Mechanismen untersucht werden, wie genau PATJ das Zytoskelett von Podozyten beeinflusst und welche Rolle seine bekannten Bindungspartner (z.B. PAR3, aPKC, Pals1 und Crumbs) dabei spielen.
Projektleiter: Jun.-Prof. Dr. Dr. Michael Krahn

Teilprojekt A14 (Nierenfunktion, Zellbiologie, Biochemie)

Die Bedeutung von MicroRNAs für die Struktur und Funktion von Podozyten
Die Inaktivierung der für Dicer und Drosha kodierenden Gene in Mäusen hat gezeigt, dass regulative microRNAs sowohl für die Nierenentwicklung als auch für die Aufrechterhaltung der renalen Strukturen und Funktionen von großer Bedeutung sind. Mittlerweile ist eine Vielzahl renaler miRNAs identifiziert. Da bislang jedoch kaum Zielgene spezifischer miRNAs beschrieben sind, ist über ihre (patho)physiologische Rolle in der Niere nur sehr wenig bekannt. Ziel des Projektes ist deshalb die Identifizierung podozytärer miRNAs und ihrer spezifischen Ziel-mRNAs (miRNA-mRNA-Paare), die für die komplexe Struktur und Funktion der Podozyten wichtig sind. Darüber hinaus werden wir die Rolle von miRNAs bei pathophysiologischen Prozessen in der Niere aufklären.

Im Rahmen von Vorarbeiten konnte mittels deep sequencing-Analysen ein validiertes miRNA-Profil frisch isolierter Podozyten der Maus erstellt werden. Außerdem wurden unter Verwendung verschiedener Algorithmen Bindestellen mehrerer podozytärer miRNAs in den für wichtige Strukturproteine der glomerulären Schlitzmembran kodierenden mRNAs vorhergesagt. Die Fundiertheit unseres Ansatzes konnte bereits mit Hilfe der Argonaute-Immunpräzipitation bestätigt werden.
Projektleiter: Prof. Dr. Gunter Meister / Dr. Melanie Zaparty

Teilprojekt A15 (Biochemie, Biophysik, Strukturbiologie)

Strukturuntersuchung der Ca2+-abhängigen Kationenkanäle Polycystin-­2 und TMEM16F mittels 2D und 3D Kristallisation und Kryo­-Elektronenmikroskopie
Ca2+-abhängige Ionenkanälen sind in der Niere essentiell in physiologische Prozesse involviert. Trotz ihrer medizinischen Relevanz ist der Transportmechanismus der meisten Kanäle jedoch weitgehend unbekannt, da funktionelle Untersuchungen auf Grund der lokalisierungsabhängigen Ströme und der regulativen Interaktionen mit anderen Proteinen oft nur schwer durchführbar sind. Hochaufgelöste Strukturdaten könnten hierbei wichtige Einblicke in die Funktionsweise dieser Ionenkanälen auf molekularer Ebene geben, und in Kombination mit Strukturuntersuchungen auf zellulärer Ebene bspw. mit Hilfe von Elektronenmikroskopie neue Anhaltspunkte für physiologische Untersuchungen in vitro und in vivo liefern.
In diesem Teilprojekt konzentrieren wir uns auf zwei Kanäle, den TRP-Kanal Polycystin-2 und den Anacotamin-Kanal TMEM16F. Punktmutationen in Polycystin-2 sind maßgeblich an der Ausbildung der autosomal-dominaten polyzystischen Nierenerkrankung (ADPKD) beteiligt. Es wird vermutet, dass funktionelle Wechselwirkungen mit dem Interaktionspartner Polycystin-1, die zur Ausbildung eines Polycystin-1/Polycystin-2 Komplexes im primären Zilium führen durch diese Mutationen nachhaltig gestört werden. TMEM16F gehört einer erst kürzlich entdeckten Familie von Ca2+ aktivierten Kanälen an, welche ubiquitär in den meisten Zellen des Körpers exprimiert werden, u.a. auch in der Membran von Zilien im olfaktorischen Epithel. TMEM16F Kanäle erzeugen einen Volumen-regulierenden Chlorid-Strom und eine erhöhte Expression wurde mit verschiedenen Krebsarten in Verbindung gebracht. Es konnte kürzlich gezeigt werden, dass die Expression von TMEM16F bei ADPKD besonders erhöht ist. Weiterhin wird vermutet, dass TMEM16F auch als Phospholipid Scramblase arbeiten könnte.

Zum Verständnis von Polycystin-2 und TMEM16F ist deren drei-dimensionale Struktur unbedingt notwendig. Im Rahmen dieses Antrages wollen wir durch die Kombination von mehreren strukturbiologischen und biophysikalischen Methoden - zwei-dimensionaler (2D) Kristallisation und Elektronen-Kristallographie, drei-dimensionaler (3D) Kristallisation und Röntgenstrukturanalyse, Einzelteilchen-Analyse und Kryo-Elektronenmikroskopie, Kryo-Elektronentomographie und Kleinwinkelstreuung - sowohl die Struktur von Polycystin-2 und die medizinisch relevante Interaktion mit Polycystin-1 untersuchen als auch die dualen Ionen- und Lipidbindungen in TMEM16F Kanälen auf molekularer Ebene beschreiben.
Projektleiter: Prof. Dr. Christine Ziegler