DFG-FOR 721

DFG-Forschergruppe FOR 721/1
Molekulare Struktur und Funktion der Tight Junction

Teilprojekt 4

Priv.-Doz. Dr. Dominik Müller

Klinik für Pädiatrie mit Schwerpunkt Nephrologie,
Campus Virchow Klinikum, Charité, Freie Universität und Humboldt-Universität, Berlin

Prof. Dr. Thomas Willnow
Max Delbück Centrum und Inst. f. Klin. Pharmakologie,
Campus Benjamin Franklin, Charité, Freie Universität und Humboldt-Universität, Berlin

Tight Junction-Proteine: Rolle in der Ionenhomöostase und Blutdruckregulation

Dem parazellulären Transport durch die interzelluläre Tight Junction kommt eine wichtige Rolle bei der Wasser- und Ionenhomöostase zu. Somit liegt nahe, dass einzelne renale Tight Junction-Proteine auch essentiell für die Blutdruckregulation sind.

Ziel des Projektes ist es daher, in-vivo die Bedeutung der Tight Junction-Proteine Claudin-3 und Claudin-10 für die Ionen- und Wasserhomöostase und damit der Blutdruckregulation zu untersuchen. In einem ersten Unterprojekt werden dazu verschiedene Stressmodelle (Salze, Wasser, Pharmaka) an Ratten und Mäusen angewandt. Die Organe der Tiere werden mittels real-time PCR, Immunhistochemie und Westernblot aufgearbeitet um die Regulation der renalen Claudine unter diesen Bedingungen zu untersuchen.

Im zweiten Unterprojekt werden mittels Cre-lox-Technologie Mäuse mit induzierten Claudin-10- und Claudin-3-Gendefekten erstellt und pathophysiologisch charakterisiert. In einem mehrstufigen Prozess sollen die Gene initial ubiquitär inaktiviert werden, um ersten Aufschluss über die Funktionen von Claudin-3 und Claudin-10 im Gesamtorganismus zu erhalten. Nachfolgend erfolgt die konditionelle Inaktivierung in der Niere mittels der bereits etablierten ApoE-Cre-Linie sowie letztendlich spezifisch im PT durch eine bereitstehende Cre-Linie (sglt2Cre).

Neben der anatomischen Aufarbeitung (Immunhistochemie, Freeze-Fracture) werden die so generierten Tiere auch funktionell kardiovaskulär charakterisiert (Blutdruck mittels Telemetrie, glomeruläre Filtrationsrate, Verhalten unter Salz- und Volumenbelastung).

Zusätzlich erfolgt eine pharmakologische Manipulation (z.B. Furosemid). Diese Charakterisierung soll neben der genauen Bedeutung von Claudin-3 und -10 auch die Basis für spätere gezielte pharmakologische Interventionen darstellen.

DFG-Mitarbeiter des Teilprojekts 4, FOR 721/1 (Laufzeit TP4 2007 - 2010)

Dipl.-Biol. Kathrin Kopplin
Dipl.-Biochem. Dr. rer. nat. Constanze Will (Promoviert 18.02.11)

Publikationen 2007 - 2012

Breiderhoff T, Himmerkus N, Stuiver M, Mutig K, Will C, Meij IC, Bachmann S, Bleich M, Willnow TE, Müller D (2012) Deletion of Cldn10 in the thick ascending limb impairs paracellular sodium permeability and leads to hypermagnesemia and nephrocalcinosis. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 109(35): 14241-14246 (IF 9.7) [PubMed] [WebPage] [PDF w. Supplements]

Milatz S, Krug SM, Rosenthal R, Günzel D, Müller D, Schulzke JD, Amasheh S*, Fromm M* (*shared last authorship) (2010) Claudin-3 acts as a sealing component of the tight junction for ions of either charge and uncharged solutes. Biochim. Biophys. Acta Biomembr. 1798: 2048-2057 [PubMed Abstract] [WebPage] [PDF]

Will C, Breiderhoff T, Thumfart J, Stuiver M, Kopplin K, Sommer K, Günzel D, Querfeld U, Meij IC, Shan Q, Bleich M, Willnow TE, Müller D (2010) Targeted deletion of murine Cldn16 identifies extra- and intrarenal compensatory mechanisms of Ca²⁺ and Mg²⁺ wasting. Am. J. Physiol. Renal Physiol. 298: F1152-F1161 [PubMed Abstract] [WebPage] [PDF]
Günzel D, Stuiver M, Kausalya PJ, Haisch L, Krug SM, Rosenthal R, Meij IC, Hunziker W, Fromm M, Müller D (2009) Claudin-10 exists in six alternatively spliced isoforms which exhibit distinct localization and function. J. Cell Sci. 122: 1507-1517 [PubMed abstract] [WebPage] [PDF]
Will C, Fromm M, Müller D (2008) Claudin tight junction proteins: novel aspects in paracellular transport. Periton. Dialysis Int. 28(6): 577-584 [PubMed abstract] [PDF] (Review)
Günzel D, Haisch L, Pfaffenbach S, Krug SM, Milatz S, Amasheh S, Hunziker W, Müller D (2009) Claudin function in the thick ascending limb of Henle's loop. Ann. N.Y. Acad. Sci. 1165: 152-162 [PubMed abstract] [WebPage] [PDF]
Zhang J, Piontek J, Wolburg H, Piehl C, Liss M, Otten C, Christ A, Willnow TE, Blasig IE, Abdelilah-Seyfried S (2010) Establishment of a neuroepithelial barrier by claudin-5a is essential for zebrafish brain ventricular lumen expansion. Proc. Natl. Acad. Sci. 107(4): 1425-1430 [PubMed abstract] [WebPage] [PDF]

Promotion

Will C (2011) [Generation and characterisation of claudin-16- and claudin-10-deficient mice] Doctoral thesis, Dr. rer. nat., Humboldt-Universität zu Berlin, Supervision: Müller D, 18.02.11: Magna cum laude
Haisch L (2010) Barrierefunktion der Claudine des dicken aufsteigenden Astes der Henle-Schleife. Charité Berlin, Betreuung Müller D und Günzel D. Dr. med., Summa cum laude

Vorarbeiten

Hammes A, Andreassen T, Spoelgen R, Raila J, Hübner N, Schulz H, Metzger J, Schweigert FJ, Luppa PB, Nykjaer A, Willnow TE (2005) Role of endocytosis in cellular uptake of sex steroids. Cell 122: 751-762.
Hoenderop JGJ, Müller D, Suzuki M, Ishibashi K, Imai M, Hartog A, van der Kemp AWCM, Sweep F, Willems PGHM, Bindels RJM (2001) Calcitriol controls the epithelial calcium channel in the kidney. J. Am. Soc. Nephrol. 12: 1342-1349.
Kausalya JP*, Amasheh S* (*shared first authorship), Günzel D, Wurps H, Müller D, Fromm M, Hunziker W (2006) Disease-associated mutations affect intracellular traffic and paracellular Mg²⁺ transport function of Claudin-16. J. Clin. Invest. 116(4): 878-891.
Leheste JR, Melsen F, Wellner M, Jansen P, Schlichting U, Renner-Muller I, Andreassen T, Wolf E, Bachmann S, Nykjaer A, Willnow TE (2003) Hypocalcemia and osteopathy in mice with kidney-specific megalin gene defect. FASEB J. 17: 247-249.
Marr N, Bichet DG, Hoefs S, Savelkoul PJM, Koenings IBM, de Mattia F, Graat MPJ, Arthus MF, Lonergan M, Fujiwara M, Knoers NVAM, Landau D, Balfe J, Oksche A, Rosenthal W, Müller D, van Os CH, Deen PMT (2002) Cell-biological and functional analysis of five new aquaporin-2 missense mutations that cause recessive nephrogenic diabetes insipidus. J. Am. Soc. Nephrol. 13: 2267-2277.
Müller D, Hoenderop JGJ, Claverie-Martin F, Garcia-Nieto V, Mèhes K, Karoly F, Eggert P, van Os CH, Vennekes R, Nilius B, Bindels RJM (2002a) Epithelial Ca²⁺ channel (ECAC1) in autosomal dominant hypercalciuria. Nephrol. Dial. Transplant. 17: 1614-1620.
Müller D, Hoenderop JGJ, Meij IC, Knoers NVAM, van den Heuvel B, Den Hollander A, Eggert P, Garcia-Nieto V, Claverie-Martin F, Bindels RJM (2000) Molecular cloning, tissue distribution and chromosomal mapping of the human epithelial calcium channel, ECaC1. Genomics 67: 48-53.
Müller D, Kausalya PJ, Bockenhauer D, Thumfart J, Meij IC, Dillon MJ, van't Hoff W, Hunziker W (2006) Unusual clinical presentation and possible rescue of a novel claudin-16 mutation. J. Clin. Endocrinol. Metab. 91(8): 3076-3079 [Abstract] [PDF]
Müller D, Kausalya PJ, Claverie-Martin F, Meij I, Eggert P, Garcia-Nieto V, Hunziker W (2003) A novel mutation in claudin-16 associated with childhood hypercalciuria abolishes binding to ZO-1 and leads to lysosomal mistargeting. Am. J. Hum. Genet. 73: 1293-1301.
Müller D, Kausalya JP, Meij IC, Hunziker W (2006) Familial hypomagnesemia with hypercalciuria and nephrocalcinosis: blocking endocytosis restores surface expression of a novel Claudin-16 mutant that lacks the entire C-terminal cytosolic tail. Hum. Mol. Genet. 15(7): 1049-1058.
Müller D, Marr N, Ankermann T, Eggert P, Deen PMT (2002b) Desmopressin for nocturnal enuresis in nephrogenic diabetes insipidus. Lancet 359: 495-497.
Nykjaer A, Dragun D, Walther D, Vorum H, Jacobsen C, Herz J, Melsen F, Christensen EI, Willnow TE (1999) An endocytic pathway essential for renal uptake and activation of the steroid 25-(OH) vitamin D3. Cell 96: 507-515.