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4.1   Die Zystenniere – ADPKD

Die Autosomal Dominate Polyzystische Nierenerkrankung (ADPKD) ist durch Ausbildung und Vergrößerung von flüssigkeitsgefüllten Zysten in der Niere charakterisiert, es entstehen Zystennieren. In den meisten Fällen führt ADPKD zu terminaler Niereninsuffizienz. ADPKD wird durch Mutationen in den Genen PKD1 oder PKD2 hervorgerufen. Diese Gene kodieren für die Proteine Polycystin-1 und Polycystin-2. Bei ADPKD ist das mechanosensorische System, das die Fließgeschwindigkeit in den Nierenkanälchen misst, gestört. Dadurch kommt es zu unkontrollierter Zellteilung. Die Ausbildung von Zysten tritt auch in der Leber, Bauchspeicheldrüse und der Samenblase auf. Diese Krankheit hat eine Häufigkeit von rund 1:1000 und ist damit eine der häufigsten monogenetischen Erbkrankheiten. Die Punktmutationen treten an verschiedenen Stellen der Gene  PKD1 oder PKD2 auf.


4.2    Primäres Cilium
In die Nierenkanälchen ragen primäre Cilien, die die Fließgeschwindigkeit in den Nieren-kanälchen messen [4]. Durch die Bewegung der Flüssigkeit wird das Cilium gebogen. Die entstehende Spannung im Cilium öffnet den Ca2+-Kanal Polycystin-2. Der genaue Mechanismus ist noch nicht erforscht.

Bild 1: Funktionsweise des primären Ciliums [4]

Der Einstrom von  Ca2+ aktiviert eine Signalkette, wodurch die Entwicklung der Nierenkanälchen reguliert wird.

4.3 Polycystin-1 und Polycystin-2

Bei Polycystin-2 handelt es sich um ein Ca2+-Kanal, der nur zusammen mit Polycystin-1 funktionsfähig ist. Die zahlreichen PKD Domänen des Polycystin-1 werden durch die extrazelluläre Strömung reversibel gestreckt [6] und somit wird Polycystin-1 aktiviert. Auf bislang unbekanntem Weg öffnet sich dann der Ca2+-Kanal (Polycystin-2) und löst so ein Einströmen von  Ca2+ in das Cilium aus.

Bild 2: Der Proteinkomplex Polycystin-1 und Polycystin-2 mit allen bekannten Domänen. [5]

Die EF-Hände des Polycystin-2 binden Ca2+-Ionen und ändern dadurch auch deren Sekundärstruktur. Genau an dieser Stelle wurde eine Interaktion mit mDia1 entdeckt [6]. Das Protein mDia1 reguliert die Aktin-Polymerisation. Wenn sich dieser Befund bestätigt, wäre der Mechanismus der Regulation des Zytoskeletts durch die äußere Fließgeschwindigkeit erklärt. Eine einzelne Mutation an dieser Stelle reicht aus, um die Zystenniere auszulösen.[13] 

Da das ganze Protein Polycystin-2 zu groß für die NMR-Messung ist, wurde ein Fragment von Aminosäure 680 bis 796 (Polycystin-2C680-796) exprimiert, wo die Interaktion gefunden wurde. [6] zeigt, dass durch diese Fragmentierung die Interaktion mit mDia1 unbeeinflusst ist.


 

Bild  3: Die beiden EF-Hände für Calcium in Polycystin-2C680-796; Visualisation mit PyMOL v1.5 (2 Bindungsstellen, beteiligte Aminosäuren [10] blau und orange markiert)

4.4 mDia1

Dieses Protein steuert in seiner aktiven Form die Polymerisation von Aktin durch das Binden von Aktin und Verlängern von Aktinfilamenten. Durch eine intramolekulare Bindung zwischen zwei Domänen (DID und DAD) des Proteins wird das mDia1 in einer inaktiven Konformation gehalten. Diese intramolekulare Bindung kann durch ein GTP-gebundenes Rho-Protein geöffnet werden, wodurch mDia1 aktiv wird. In dieser Arbeit wird untersucht, ob auch das Polycystin-2 das mDia1 aktivieren kann, und somit das Zytoskelett regulieren kann.

Da mDia1 für das NMR zu groß ist, genauso wie das Polycystin-2, hab ich bei mDia1 ein Fragment von der Aminosäure 69 bis 457 exprimiert, das  mDia1N69-457, welches für die Interaktion mit Polycystin-2 ausreichend ist.