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Die Bedeutung von KCNJ 15 / KCNJ 16 -Interaktionen bei einer neuartigen komplexen tubulären Nierenerkrankung
In den vergangenen Jahrzehnten wurden seltene Krankheiten erforscht, die durch eine Dysfunktion von Ionenkanälen in den Tubuluszellen der Niere hervorgerufen werden und mit renalem Salzverlust einhergehen. Vor allem das EAST/SeSAME-Syndrom wird seit 2009 untersucht, das auf eine Mutation in KCNJ...
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| Main Author: | |
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| Contributors: | |
| Format: | Doctoral Thesis |
| Language: | German |
| Published: |
Philipps-Universität Marburg
2024
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| Subjects: | |
| Online Access: | PDF Full Text |
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| Summary: | In den vergangenen Jahrzehnten wurden seltene Krankheiten erforscht, die durch eine
Dysfunktion von Ionenkanälen in den Tubuluszellen der Niere hervorgerufen werden und
mit renalem Salzverlust einhergehen. Vor allem das EAST/SeSAME-Syndrom wird seit
2009 untersucht, das auf eine Mutation in KCNJ 10 zurückgeht und unter anderem mit
Epilepsie, Ataxie, Hörverlust, metabolischer Alkalose und renalem Salzverlust
einhergeht.
Nun wurde eine neuartige Erkrankung entdeckt, die auf eine Mutation in KCNJ 16
zurückzuführen ist und ähnliche Symptome wie das bereits bekannte EAST/SeSAMESyndrom
hervorruft. Es wurden bisher sechs betroffene Patienten mit fünf
verschiedenen Mutationen (Missense und Nonsense-Mutationen) in KCNJ 16
identifiziert, deren Symptomausprägung und Zeitpunkt der Diagnosestellung
unterschiedlich sind. Zwei der Patienten weisen eine homozygote Mutation in KCNJ 16
(T64I bzw. R137C) auf, die anderen vier Patienten sind compound-heterozygot (bei zwei
Patienten I132R, R176X; bei zwei Patienten R137C, R176X; bei einem Patienten I132R,
P250L). Die Mutationen führen zu veränderten Aminosäuren am C- und N-Terminus
sowie im Selektivitätsfilter des Kaliumkanals. Die Patienten leiden an Hypokaliämie,
sensorineuraler Schwerhörigkeit, renalem Salzverlust und anders als Patienten mit
EAST/SeSAME-Syndrom an metabolischer Azidose.
Um den Pathomechanismus dahinter näher zu verstehen, wurde in der vorliegenden
Arbeit der heteromere Kanal Kir 4.2/5.1 (KCNJ 15/16) untersucht, der vor allem im
proximalen Tubulus der Niere exprimiert wird, wo auch der pH-Wert reguliert wird.
Für die Durchführung der Versuche wurde KCNJ 16 mittels side directed mutagenisis
dahingehend genetisch verändert, dass die Basen der DNA den identifizierten
Mutationen entsprechend ausgetauscht wurden.
Es wurden Proteininteraktionsstudien mittels Proximity ligation assay und Co-
Immunoprecipitation durchgeführt, um die Interaktion zwischen den Kanaluntereinheiten
Kir 4.2 und Kir 5.1 zu untersuchen. Dabei wurden humane embryonale Nierenzellen
(HEK) und immortalisierte Fibroblasten der Niere (Cos7) mit der genetisch veränderten
DNA transfiziert und in der Zellkultur bebrütet, sodass diese die mutierten Kanäle
synthetisierten und exprimierten. Dadurch konnte nachgewiesen werden, dass Kir 4.2
sowohl mit dem Wildtyp als auch mit allen fünf mutierten Formen von Kir 5.1 interagiert
und die Symptome der Patienten nicht durch gänzlich fehlende Interaktion der
Kanaluntereinheiten erklärt werden können.
Anschließend wurden Lumineszenzversuche mit Xenopus laevis Oozyten durchgeführt,
um die Quantität der exprimierten Kanäle der mutierten Varianten mit der der
Wildtypkanäle zu vergleichen. Dabei wurde den Oozyten die genetisch veränderte RNA
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injiziert, sodass diese die entsprechenden Kanäle mit den identifizierten Mutationen
exprimierten. Diese Versuche zeigten, dass quantitativ weniger der mutierten Kanäle an
die Zelloberfläche gelangten als der Wildtypkanäle. Die geringere Kanaldichte ist also
einer der Gründe für einen geringeren Ionenstrom von Kalium durch die Zellmembran
und kann so die davon hervorgerufenen Symptome der Betroffenen erklären.
In der vorliegenden Arbeit wurde an der ersten bekannten Erkrankung geforscht, die auf
eine Mutation in KCNJ 16 zurückzuführen ist. Sie liefert damit wichtige neue
Informationen für das tiefer gehende Verständnis von Kir 5.1, der Funktion von
Einwärtsgleichrichtern in der Niere und des damit verbundenen Elektrolyt- und Säure-
Basen-Gleichgewichts des Körpers. |
|---|---|
| DOI: | 10.17192/z2024.0340 |