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Aktin-Zytoskelett

Lokalisation von F-Aktin (grün) und dem Aktin-assoziierten Protein Palladin (rot) im Glomerulus.

Die Podozyten bilden zusammen mit den glomerulären Endothelzellen und mit der glomerulären Basalmembran die Filtrationsbarriere. Das Schlitzdiaphragma der Podozyten, ein einzigartiger Zell-Zell-Kontakt, ist für die Undurchlässigkeit der Filtrationsbarriere für hochmolekulare Substanzen wie Albumin verantwortlich. Dadurch dass die Podozyten interdigitierende Fußfortsätze ausbilden, entsteht ein langer Filtrationsschlitz zwischen den Fußfortsätzen, der die hohe hydraulische Permeabilität der Filtrationsbarriere bedingt.

 

Die Fußfortsätze der Podozyten werden durch das Aktin-Zytoskelett gebildet und geformt. Des Weiteren sind am Aktin-Zytoskelett die Zell-Matrix-Kontakte und das Schlitzdiaphragma verankert. Nahezu alle glomerulären Erkrankungen gehen mit Veränderungen im Aktin-Zytoskelett der Podozyten einher, wodurch die Fußfortsätze verschwinden. Daraus resultieren eine Reduktion der Länge des Filtrationsschlitzes (Abfall der glomerulären Filtrationsrate - GFR) und ein Übertritt von Plasmaproteinen in den Harn (Proteinurie/Albuminurie).

 

Welche molekularen Ereignisse im Aktin-Zytoskelett der Podozyten die Bildung, die Aufrechterhaltung und das Verschwinden der Fußfortsätze bewirken, ist nur unzureichend verstanden. Wir arbeiten an der molekularen Regulation des Aktin-Zytoskeletts in den Podozyten und untersuchen hierbei die Funktion von Aktin-assoziierten Proteinen.

 

 

Ausgewählte Publikationen:

 

Palladin is a dynamic actin-associated protein in podocytes.

Endlich N, Schordan E, Cohen CD, Kretzler M, Lewko B, Welsch T, Kriz W, Otey CA, Endlich K; European Renal cDNA Bank Consortium.

Kidney Int. 2009 Jan;75(2):214-26

 

Association of CD2AP with dynamic actin on vesicles in podocytes.

Welsch T, Endlich N, Gökce G, Doroshenko E, Simpson JC, Kriz W, Shaw AS, Endlich K.

Am J Physiol Renal Physiol. 2005 Nov;289(5):F1134-43

 

Morphology and migration of podocytes are affected by CD151 levels.

Blumenthal A, Giebel J, Ummanni R, Schlüter R, Endlich K, Endlich N.

Am J Physiol Renal Physiol. 2012 May 15;302(10):F1265-77.

 

Mechanische Kräfte

Signalkaskaden der Transduktion von mechanischer Dehnung in Podozyten.

Die Podozyten sind relevanten mechanischen Kräften ausgesetzt. Der hohe Blutdruck in den Glomeruluskapillaren von ca. 50 mm Hg und der Filtratfluss in den Filtrationsschlitzen sowie im Bowman-Kapselraum verursachen diese Kräfte. Eine Erhöhung der mechanischen Kräfte, z.B. bei einer glomerulären Hypertension, führt beim Menschen zur Schädigung des Glomerulus. Wir konnten unter Verwendung von in vitro Modellen als Erste zeigen, dass Podozyten sowohl auf mechanische Dehnung als auch auf Flüssigkeitsströmung reagieren (Endlich et al., J. Am. Soc. Nephrol. 2001, Friedrich et al., Am. J. Physiol. Renal Physiol. 2006).

Auf welche Weise Podozyten mechanische Kräfte in biochemische Signale umsetzen (Mechanotransduktion), und welche molekularen Mechanismen zur Anpassung an erhöhte mechanische Kräfte führen, ist weitgehend unverstanden. Zur Klärung dieser Fragen bestimmen wir die Veränderungen in der Genexpression und im Zytoskelett von Podozyten unter der Einwirkung von mechanischen Kräften.

Ausgewählte Publikationen:

 

Podocytes respond to mechanical stress in vitro.

Endlich N, Kress KR, Reiser J, Uttenweiler D, Kriz W, Mundel P, Endlich K.

J Am Soc Nephrol. 12: 413-422, 2001.

 

 

 

Podocytes are sensitive to fluid shear stress in vitro.

Friedrich C, Endlich N, Kriz W, Endlich K.

Am J Physiol Renal Physiol. 2006 Oct;291(4):F856-65. 

 

AlphaV-integrins mediate the mechanoprotective action of osteopontin in podocytes.

Schordan S, Schordan E, Endlich K, Endlich N.

Am J Physiol Renal Physiol. 2011 Jan;300(1):F119-32.

 

The challenge and response of podocytes to glomerular hypertension (Review).

Endlich N, Endlich K.

Semin Nephrol. 2012 Jul;32(4):327-41.

 

Studying the role of fascin-1 in mechanically stressed podocytes.

Kliewe F, Scharf C, Rogge H, Darm K, Lindenmeyer MT, Amann K, Cohen CD, Endlich K, Endlich N.

Sci Rep. 2017 Aug 30;7(1):9916. doi: 10.1038/s41598-017-10116-4

 

 

(De-)Differenzierung von Podozyten

Eine Clusteranalyse der Transkriptome zeigt die zwischen Podozyten und parietalen Epithelzellen differenziell exprimierten Gene.

Podozyten und die parietalen Epithelzellen der Bowman-Kapsel entstehen aus gemeinsamen Vorläuferzellen. Postnatal können parietale Epithelzellen in geringem Umfang durch Transdifferenzierung verloren gegangene Podozyten ersetzen. In Erkrankungen wie der rasch progressiven Glomerulonephritis (RPGN) beginnen die parietalen Epithelzellen und die Podozyten zu proliferieren, was zu einer Zerstörung der Glomeruli führt.

 

Diese Befunde eröffnen die interessante Perspektive, durch Kontrolle der Differenzierung und Dedifferenzierung von Podozyten und/oder parietalen Epithelzellen Nierenerkrankungen zu behandeln. Aus dem Vergleich der Genexpressionsmuster von differenzierten und dedifferenzierten Podozyten sowie parietalen Epithelzellen identifizieren wir Gene, bei denen wir untersuchen, inwieweit sie den Differenzierungsprozess steuern.

 

Ausgewählte Publikationen:

 

Epidermal growth factor receptor promotes glomerular injury and renal failure in rapidly progressive crescentic glomerulonephritis.

Bollée G, Flamant M, Schordan S, Fligny C, Rumpel E, Milon M, Schordan E, Sabaa N, Vandermeersch S, Galaup A, Rodenas A, Casal I, Sunnarborg SW, Salant DJ, Kopp JB, Threadgill DW, Quaggin SE, Dussaule JC, Germain S, Mesnard L, Endlich K, Boucheix C, Belenfant X, Callard P, Endlich N, Tharaux PL.

Nat Med. 2011 Sep 25;17(10)

 

Primary cultures of glomerular parietal epithelial cells or podocytes with proven origin.

Kabgani N, Grigoleit T, Schulte K, Sechi A, Sauer-Lehnen S, Tag C, Boor P, Kuppe C, Warsow G, Schordan S, Mostertz J, Chilukoti RK, Homuth G, Endlich N, Tacke F, Weiskirchen R, Fuellen G, Endlich K, Floege J, Smeets B, Moeller MJ.

PLoS One. 2012;7(4):e34907

 

A novel assay to assess the effect of pharmaceutical compounds on the differentiation of podocytes.

Kindt F, Hammer E, Kemnitz S, Blumenthal A, Klemm P, Schlüter R, Quaggin SE, van den Brandt J, Fuellen G, Völker U, Endlich K, Endlich N.

Br J Pharmacol. 2017 Jan;174(2):163-176.

 

 

Zebrafisch

2-Photonenmikroskopie zur Visualisierung der Podozyten mit ihren Fortsätzen in der lebenden Zebrafischlarve.

Viele Untersuchungen führen wir an einer von uns generierten Podozyten-Zelllinie durch (Schiwek et al., Kidney Int. 2004). Um die Relevanz der in vitro Befunde für den komplexen Aufbau des Glomerulus in vivo zu untersuchen, verwenden wir das Zebrafisch-Modell. Im Zebrafisch entwickelt sich innerhalb von drei Tagen aus einem befruchteten Ei eine transparente Larve mit einem filtrierenden Nierenkörperchen. Durch Injektion von Antisense-Molekülen in die befruchtete Eizelle kann die Expression eines Gens gezielt unterdrückt werden (Knockdown). In anschließenden Messungen zur Morphologie und Funktion des Glomerulus ermitteln wir die Bedeutung des Gens für die Nierenfunktion.

 

In transgenen Zebrafischlarven, die ein Fluoreszenzprotein in den Podozyten exprimieren, können wir mittels 2-Photonenmikroskopie die Podozyten und ihre Fortsätze im lebenden Organismus über viele Stunden beobachten. Hiermit konnten wir die lange strittige Frage klären, ob sich Podozyten und ihre Fortsätze unter physiologischen Bedingungen bewegen.

 

Unsere Untersuchungen konzentrieren sich auf den Knockdown von Proteinen, die eine wichtige Rolle in den Podozyten bei der Regulation des Aktin-Zytoskeletts, bei der Differenzierung oder bei der Krankheitsentstehung spielen könnten.

Ausgewählte Publikationen:

 

Non-muscle myosin IIA is required for the development of the zebrafish glomerulus.

Müller T, Rumpel E, Hradetzky S, Bollig F, Wegner H, Blumenthal A, Greinacher A, Endlich K, Endlich N.

Kidney Int. 2011 Nov;80(10):1055-63.

 

 

Two-photon microscopy reveals stationary podocytes in living zebrafish larvae.

Endlich N, Simon O, Göpferich A, Wegner H, Moeller MJ, Rumpel E, Kotb AM, Endlich K.

J Am Soc Nephrol. 2014 Apr;25(4):681-6.

 

Simultaneous assessment of glomerular filtration and barrier function in live zebrafish.

Kotb AM, Müller T, Xie J, Anand-Apte B, Endlich K, Endlich N.

Am J Physiol Renal Physiol. 2014 Dec 15;307(12):F1427-34.

Bioinformatik

Protein-Protein-Interaktionsnetzwerk von differenzierten Podozyten.

In Zusammenarbeit mit verschiedenen Greifswalder Arbeitsgruppen setzen wir Gene-Arrays, RNA-Sequencing, ChIP (Chromatin-Immunpräzipitation)-Sequencing und Proteomics ein. Diese Omics-Technologien liefern enorme Datenmengen, deren Interpretation den Einsatz von bioinformatischen Werkzeugen erfordert. In enger Zusammenarbeit mit der Gruppe von Prof. Dr. Fuellen (Universitätsmedizin Rostock) konstruieren wir Protein-Interaktionsnetzwerke wie PodNet und entwickeln Werkzeuge für deren Analyse. Diese Methoden setzen wir zur Analyse der Omics-Daten von Podozyten und Glomeruli ein.

 

Ausgewählte Publikationen:

 

ExprEssence--revealing the essence of differential experimental data in the context of an interaction/regulation net-work.

Warsow G, Greber B, Falk SS, Harder C, Siatkowski M, Schordan S, Som A, Endlich N, Schöler H, Repsilber D, Endlich K, Fuellen G.

BMC Syst Biol. 2010 Nov 30;4:164.

 

PodNet, a protein-protein interaction network of the podocyte.

Warsow G, Endlich N, Schordan E, Schordan S, Chilukoti RK, Homuth G, Moeller MJ, Fuellen G, Endlich K.

Kidney Int. 2013 Jul;84(1):104-15.

Kohortenstudien und individualisierte Medizin

Altersabhängige Verteilung der GFR in den Patienten von GANI_MED (Nierenkohorte - blau, andere Kohorten - orange).

Studien haben gezeigt, dass die Nierenfunktion (GFR und Albuminausscheidung) etwa zur Hälfte durch genetische Faktoren bestimmt wird. Durch die gleichzeitige Messung der Nierenfunktion und der Genpolymorphismen an Probanden ist es möglich, Gene zu identifizieren, die signifikant mit der Nierenfunktion assoziiert sind. Wahrscheinlich sind Polymorphismen in Genen, welche die Nierenfunktion beeinflussen, auch für die individuelle Prädisposition, eine chronische Nierenerkrankung zu entwickeln, verantwortlich. Da die chronische Nierenerkrankung eine wichtige sozioökonomische Rolle spielt, ist die Kenntnis über Genpolymorphismen und die Identifikation von Biomarkern von großer Bedeutung für die individuelle Diagnose, Prognose und Therapie.

 

Zusammen mit verschiedenen Greifswalder Arbeitsgruppen untersuchen wir die genomweite Assoziation zur Nierenfunktion in den Probanden der SHIP-Studie (Study of Health in Pommerania) und in den Patienten von GANI_MED (Greifswald Approach to Individualized Medicine). Des Weiteren befassen wir uns im Rahmen von GANI_MED mit der Identifikation von Biomarkern der chronischen Nierenerkrankung im Hinblick auf eine individualisierte Medizin. Dabei nutzen wir multiple Omics-Daten: Metabolom (Serum, Urin), Blutzell-Transkriptom, Proteom (Serum, Urin) und Next Generation Sequencing.

 

Ausgewählte Publikationen:

 

New loci associated with kidney function and chronic kidney disease.

Köttgen A, Pattaro C, Böger CA, .....Endlich K, Völzke H, Kroemer HK, ....., Rettig R, Hastie N, Chasman DI, Kao WH, Heid IM, Fox CS. (131 authors).

Nat Genet. 2010 May;42(5):376-84.

 

Integration of genome-wide association studies with biological knowledge identifies six novel genes related to kidney function.

Chasman DI, Fuchsberger C, Pattaro C, Teumer A, Böger CA, Endlich K, .... Kao WH, Fox CS, Köttgen A. (164 authors and 4 consortia)

Hum Mol Genet. 2012 Dec 15;21(24):5329-43.

 

Cohort profile: Greifswald approach to individualized medicine (GANI_MED).

Grabe HJ, Assel H, Bahls T, Dörr M, Endlich K, Endlich N, ...., Werner V, Zygmunt MT, Kroemer HK. (55 authors)

J Transl Med. 2014 May 23;12:144.

Förderung

Unsere Projekte werden bzw. wurden unter anderem gefördert durch

  • DFG
  •  EU (Marie Curie Fellowship, Coordination & Support Action "KidneyConnect", COST Action "EuroKUP", REGPOT project "EnVision")
  •  European Research Area Net (ERA-Net) E-Rare (Verbundprojekt "Rare-G")
  •  DAAD