Forschungsprojekte

Sie befinden sich hier:

Forschungsprojekte der AG Nephrologie und Immunologie

1. Strukturelle und funktionelle Grundlagen der Angiotensin II (AngII) und pathogener IgG vermittelten Angiotensin II Typ 1 Rezeptor (AT1R) Aktivierung

Grafik zu Projekt "Strukturelle und funktionelle Grundlagen der Angiotensin II (AngII) und pathogener IgG vermittelten Angiotensin II Typ 1 Rezeptor (AT1R) Aktivierung"

Projektleiterin: Duska Dragun

Mitarbeiter: Aurélie Philippe, Rusan Catar, Nan Zhu, Daniel Postpieszala
Kooperationen: Harald Heidecke, Patrick Scheerer, Peter Hildebrand, Michal Szczepek,
Simon Dowell (Stevenage)

Der Angiotensin II Typ 1 Rezeptor (AT1R) gehört zur Familie der G-Protein-gekoppelten Rezeptoren (GPCR). Die Stimulation von GPCR mit natürlichen oder endogenen Liganden führt zu strukturellen Konformationsänderungen der Rezeptoren, wodurch ligandenspezifische intrazelluläre Signalwege aktiviert werden. Die durch den natürlichen Liganden Angiotensin II (Ang II) oder durch pathogene Autoantikörper (AT1R-Ak) vermittelte AT1R-Stimulation ist ein pathologisches Merkmal der Transplantat- und immunvermittelten Vaskulopathie. In unseren Publikationen konnten wir die unterschiedlichen intrazellulären Signalantworten der AngII und AT1R-Ak vermittelten Rezeptor-aktivierung nachweisen und charakterisieren. Die pharmakologische Modulation der biologischen Effekte desAT1Rmit Hilfe einer Vielzahl etablierter AT1R-Agonisten ist seit Jahren möglich, obgleich die resultierenden Konformationsänderungen und funktionellen Auswirkungen noch immer weitestgehend unbekannt sind. Zur molekularbiologischen Charakterisierung der unterschiedlichen intrazellulären Effekte einer AngII oder AT1R-Ak vermittelten Rezeptoraktivierung haben wir ein neuartiges Hefemodel entwickelt. In diesem Modell ist das Hefewachstum an die Expression eines funktionellen AT1Rgeknüpft, welches es uns ermöglicht, gezielte Mutationen des Rezeptors auf deren funktionelle Auswirkungen hin zu untersuchen.

Eine Behandlung der Hefen mit AngII oder AT1R-Ak führt zu einer dosisabhängigen Erhöhung des Hefewachstums. Dabei löst die Stimulation mit AT1R-Ak eine stärkere und länger andauernde Aktivierung des Rezeptors im Vergleich zu AngII aus. Um die durch endogene oder immunvermittelte Stimulation hervorgerufenen Strukturveränderungen des Rezeptors zu untersuchen, haben wir verschiedene Mutationen des Rezeptors generiert, die vor allem extrazelluläre Loops und kurze Bereiche, welche für die Ausbildung von Disulfidbrücken zwischen den extrazellulären Domänen verantwortlich sind, beinhalten. In Experimenten mit diesen modifizierten Hefen sollen essentielle Bereiche, die an der Rezeptoraktivierung beteiligt sind, identifiziert werden.

2. Autoimmune Aktivierung des Protease-aktivierter Rezeptor 1 (PAR-1) bei Inflammation

Grafik zu Projekt "Autoimmune Aktivierung des Protease-aktivierter Rezeptor 1 (PAR-1) bei Inflammation"

Projektleiterin: Duska Dragun

Mitarbeiter: Rusan Catar, Aurélie Philippe, Angelika Kusch, Isa Anett Hosp, Christian Lücht, Nan Zhu Kooperationen: Harald Heidecke, Patrick Scheerer, Peter Hildebrand, Michal Szczepek, Ralf Schülein,
Heike Biebermann

Autoantikörper vermittelte Rejektionen sind eine der häufigsten Ursachen der akuten und Langzeit schädigung der Niere und anderer Organtransplantate. Der Hauptangriffspunkt der Antikörper ist dabei das mikrovaskuläre Endothel. Unsere Arbeitsgruppe konnte durch mehrere in vivo und in vitro Studien zeigen, dass Antikörper, die gegen Angiotensin II Typ 1 Rezeptor (AT1R) und Endothelin-1 Typ A Rezeptor (ETAR) gerichtet sind, eine pathophysiologische Rolle in der akuten und chronischen Schädigung der Nierentransplantate haben. Im Kontext der autoimmunen Erkrankung verursachen AT1R und ETAR pathologische Gefäßumbauprozesse durch Aktivierung von inflammatorischen Zytokinen. Während der Transplantationsprozedur wird durch Trauma und Ischämie die homöostatische Mikroumgebung zerstört, was zur Freisetzung von Zytokinen führt. Dadurch wird die endotheliale Dysfunktion durch die erhöhte Expression von G-Protein gekoppelten Rezeptoren (GPCR) an der Zelloberfläche verstärkt. Diese dienen dann als Ziel für Antikörper oder Effektor zytotoxischer CD8+ T-Zellen, die konsekutiv Schädigungen verursachen und im Transplantat einen Zustand der ständigen Inflammation aufrechterhalten.

Neuere Untersuchungen unserer Arbeitsgruppe weisen auf eine spezifische Rolle eines neuen GPCR Typ A Kandidaten, nämlich des PAR-1 bei der Induktion von verschiedenen Zytokinen in Endothelzellen durch Patienten-IgG hin. Basierend auf diesen Erkenntnissen vermuten wird, dass die Freisetzung von Zytokinen durch Endothelzellen nach der Aktivierung des PAR-1 durch PAR-1 Antikörper ein kritischer Faktor bei der Nierentransplantatabstoßung ist.

3. Die mTOR-Signaltransduktion ist Bestandteil der weiblichen Kardioprotektion und von entscheidender Bedeutung für die Entwicklung einer adaptiven myokardialen Hypertrophie

Grafik Projekt AG Dragun
L-type Ca channel dependent calcium influx into MSC upon stimulation with 60 mM KCL
mTOR (mechanistic target of rapamycin) als zentraler Regulator der PI3K/AKT/ mTOR-Signaltransduktion: Die beiden individuellen Multiproteinkomplexe mTORC1 und mTORC2 kontrollieren das zelluläre Wachstum und Zellschicksalsprogramme und sind darüber hinaus ein wichtiger Bestandteil bei der Regulation des Energiehaushaltes der Zelle.

Projektleiter: Duska Dragun
Mitarbeiter: Angelika Kusch, Dennis Gürgen
Kooperationen: Tobias Huber, Marijke Brink, Thorsten Mielke, Jörn Dengjel

Kardiomyozyten sind terminal differenzierte Zellen, so dass jegliche kardiale Anpassung auf einen erhöhten Funktionsbedarf des Herzens nicht durch Zellproliferation, sondern nur durch die Zunahme der individuellen Zellgröße realisiert werden kann. Die Entwicklung einer kardialen Hypertrophie wird dabei in Abhängigkeit einer gesteigerten Proteinsynthese und durch Koordination eines erhöhten metabolischen Bedarfs gesteuert. mTOR (mechanistic target of rapamycin) fungiert als zellulärer Wachstumsregulator und kontrolliert metabolische Prozesse durch die biologischen Funktionen zweier Multiproteinkomplexe, mTORC1 und mTORC2. Während mTORC1 über die Aktivierung der S6-Kinase und des eukaryotischen Translationsfaktors (4-EBP1) die Initiation der Proteinbiosynthese einleitet, reguliert mTORC2 über die Phosphorylierung seines bedeutendsten Effektors, der Proteinkinase B, das Zellschicksal, sowie die zelluläre Seneszenz und die Organisation des Zytoskeletts.

Die geschlechtsspezifische kardiale Anpassung im renokardialen Syndrom der Maus wurde von uns in einem normotensiven DOCA-Salz Modell untersucht. Hierbei kommt es nach Heminephrektomie und nachfolgender Mineralokortikoidbehandlung zu einer pathologischen Myokardhypertrophie, die durch Hypertrophie einzelner Kardiomyozyten und Ausbildung einer Myokardfibrose gekennzeichnet ist. Weibliche Mäuse zeichnen sich hierbei durch geringere Myozytenhypertrophie und weniger Fibroseentwicklung aus. Wir konnten zeigen, dass der Östrogenrezeptor Beta (ERβ), sowie eine intrinsisch hohe mTORC1 und kompensatorische mTORC2 Aktivierung funktionelle Bestandteile der Kardioprotektion in weiblichen Mäusen sind. Sowohl die genetische Deletion des ERβ als auch die pharmakologische mTORC1-Inhibition mittels systemischer Administration von Rapamyzin induzierten einen dilatativen Phänotyp des linken Ventrikels und myokardiale Fibrose. Demzufolge kann eine ausbalancierte Aktivierung der beiden mTOR-Signalkomplexe und ein intakter Hormonstatus als intrinsische Mechanismen der kardialen Protektion in weiblichen Mäusen angenommen werden. Die Reduktion der mTORC1-Aktivität durch Rapamyzin wirkte sich nur im männlichen Geschlecht positiv auf die Funktion und die Herzmorphologie aus, wohingegen weibliche Tiere einen inversen und maladaptiven Phänotyp mit Funktionsverlust und vermehrter Fibrose entwickelten.

4. Identifikation intrinsischer Protektionsmechanismen im akuten Nierenschaden

Rolle der CYP-Eicosanoide in der ischämie/reperfusion-induziertem akute Nierenschädigung. Die Metabolisierung von Arachidonsäureestern aus membranständigen Phospholipiden führt zur Generierung von CYP-Eicosanoiden wie der 20-Hydroxyeicosatetraensäure (20-HETE) und Epoxyeicosatriensäuren (EETs). Unterschiedliche biologische Wirkungsmechanismen der Substanzklassen führen zur Induktion von schädigenden Prozessen oder vermitteln protektive Effekte.
Die farblich animierte Kartierung einer Niere nach experimenteller I/R mit oder ohne Behandlung mittels 9.4 T MRT-Aufnahmen der Nierenoxygenierung charakterisiert eine verbesserte Versorgung des Organs mit Sauerstoff nach EET Intervention.

Projektleiter: Duska Dragun, Wolf-Hagen Schunck
Mitarbeiter: Dennis Gürgen, Uwe Hoff, Mandy Fechner
Kooperationen: Toralf Niendorf, Tobias Huber

Die Identifikation von intrinsischen renoprotektiven Mechanismen ist eine wichtige Voraussetzung zur Etablierung neuartiger Strategien zur Prävention einer akuten Nierenschädigung. Innerhalb der DFG geförderten Forschergruppe "FOR 1368 - Hemodynamic Mechanisms of Acute Kidney Injury" konnten wir gegensätzliche Wirkungsweisen der Arachidonsäuremetabolite (20-Hydroxyeicosatetraensäure (20-HETE) und Epoxyeicosatriensäuren (EETs)) in der Ischämie-Reperfusion (I/R) induzierten akuten Nierenschädigung nachweisen. Während nach 20-HETE Behandlung aufgrund der vaso-konstriktorischen, pro-inflammatorischen und pro-apoptotischen Wirkung eine schlechtere Regeneration nach I/R beobachtet wurde, konnte die Intervention mit EETs diese frühen I/R-iduzierten Mechanismen deutlich abmildern. Inwieweit bereits eine verminderte Degradierung von EETs in der Lage ist, einen I/R-induzierten Nierenschaden abzumildern, wird derzeit mit Hilfe eines genetischen Tiermodells mit sEH defizienten Mäusen weiter untersucht. Im Rahmen der Forschergruppe haben wir ein besonderes neues Tool zum in vivo life imaging der Nierenoxygenierung entwickelt. Diese in vivo Live-Imaging-Methode ermöglicht uns eine kontinuierliche Bestimmung des Sauerstoffgehaltes in der Niere vor und während der Ischämie sowie in der anschließenden Reperfusionsphase mittels eines 9.4 T MRT.

5. Mesenchymale Stromazelltherapie zur Regeneration des kardiovaskulären Systems

Projektleiter: Duska Dragun
Mitarbeiter: Guido Moll, Björn Hegner
Kollaboration: Georg Duda, Igor Sauer

Translationale Studien immunologischer, immunomodulatorischer und regenerativer Eigenschaften von humanen multipotenten mesenchymalen Stromazellen (MSCs) in vitro und in vivo. Therapeutische Effizienz nativer oder zellschicksalsoptimierter MSCs zur Behandlung/Vorbeugung Hemodialyse-induzierter Gefäßverkalkung. Sekretomanalyse nativer und Rapamycin-konditionierter MSCs mit speziellem Fokus auf den "mechanistic target of rapamycin" (mTOR) Signalweg. Vergleich verschiedener Applikationsverfahren zur therapeutischen Nutzung von MSCs bioaktiven parakrinen Faktoren, wie z.B. systemische Infusion oder Bioreaktor-unterstützte Verabreichung. Evaluierung zellprotektiver und antikalzifizierender Eigenschaften von MSCs im Mausmodel der beschleunigten Gefäßverkalkung und Integration der Technologie in etablierte Hemodialyse-verfahren zur Behandlung von Patienten.