Projekt A04: Molekulare Mechanismen, die die tubuläre ENaC Funktion beeinflussen
Im Projekt A04 untersuchen wir die molekularen Mechanismen, die den epithelialen Natriumkanal (ENaC) in der Niere regulieren. ENaC spielt eine zentrale Rolle in der Regulation unseres Natriumhaushalts, des extrazellulären Volumens sowie bei der langfristigen Blutdruckkontrolle.
Kommt es zu einer Fehlregulation des Kanals, kann dies zu verschiedenen Störungen der Elektrolyt- und Flüssigkeitshomöostase, beispielsweise zu salzsensitiver Hypertonie, führen. ENaC ist demzufolge sowohl physiologisch essenziell als auch klinisch relevant.
Wie ist ENaC reguliert und wie verändert sich diese Regulierung während einer Nierenerkrankung?
Ziel unseres Projekts ist es, zu verstehen, wie die ENaC-Aktivität unter physiologischen Bedingungen gesteuert wird und wie sich diese Regulation bei Erkrankungen verändert. Hierfür setzen wir vor allem elektrophysiologische Methoden ein, mit denen sich die Kanalaktivität direkt messen lässt. Unter anderem entwickelten wir kürzlich ein Protokoll für automatisierte, high-throughput-orientierte Patch-Clamp-Untersuchungen von ENaC [1]. Diese funktionellen Analysen ergänzen wir um strukturelle, computergestützte, mikroskopische und zellbiologische Ansätze, um die Funktion von ENaC auf molekularer, zellulärer und organischer Ebene zu untersuchen.
Identifizierung von Aktivitäts-verändernden Faktoren
Ein charakteristischer Mechanismus der ENaC-Regulation ist seine proteolytische Aktivierung, bei der spezifische Proteasen autoinhibitorische Peptide vom Kanal abspalten. Die hieran beteiligten Proteasen waren lange Zeit nicht eindeutig identifiziert. Kürzlich konnten wir zeigen, dass die transmembrane Serinprotease 2 (TMPRSS2) wesentlich zur renalen proteolytischen Aktivierung von ENaC beiträgt [2, 3]. Im Rahmen des Forschungsverbunds haben wir zudem die Bindungsstellen der autoinhibitorischen Peptide sowie des kleinmolekularen Aktivators S3969 am ENaC charakterisiert und damit unser molekulares Verständnis der ENaC-Regulation weiter verbessert [4]. Darüber hinaus untersuchten wir die Rolle basolateraler Rezeptoren, z. B. des α2-Adrenozeptors, des Prostaglandin E Rezeptors Typ 4 (EP4), und des Protease-aktivierten Rezeptors Typ 2 (PAR-2), in der Modulation ENaC-vermittelter transepithelialer Ströme [5, 6]. Zudem untersuchten wir die komplexe Interaktion zwischen der Serum- und Glukokortikoid-induzierbaren Kinase 1 (SGK1) mit der proteolytischen Kanalaktivierung [7, 8].
Aufbauend auf diesen Ergebnissen konzentrieren sich unsere aktuellen Arbeiten auf die Identifizierung neuer endogener, immunologischer und pharmakologischer Modulatoren von ENaC. Ziel ist es, die molekularen Mechanismen zu definieren, die die tubuläre ENaC-Funktion in Gesundheit steuern und die an der Entstehung von Krankheiten beteiligt sind.
Quellenangaben
- [1] Sure et al. Pflügers Arch. 2025;447(6):857-870.
- [2] Sure et al. J Biol Chem. 2022;298:102004.
- [3] Sure et al. J Am Soc Nephrol. 2025;36:420-434.
- [4] Sure et al. J Biol Chem. 2024;300:105785.
- [5] Mansley et al. Am J Physiol Renal Physiol. 2015;308:F450-8
- [6] Mansley et al. J Gen Physiol. 2020;152:e201912525.
- [7] Diakov et al. Pflügers Arch. 2022;474:681-697.
- [8] Diakov et al. Pflügers Arch. 2025;477:1061-1074.
Abbildung – Überblick über unsere aktuelle Forschung
Zentral: ENaC in seiner heterotrimeren Konfiguration, bestehend aus α- (grau), β- (orange) und γ-Untereinheiten (blau). Die autoinhibitorischen Peptide in α- und γ-ENaC, die während der proteolytischen Aktivierung entfernt werden, sind gelb bzw. rot dargestellt.
Oben links: Die Transmembran-Serinprotease 2 (TMPRSS2) aktiviert ENaC proteolytisch durch Spaltung der γ-Untereinheit des Kanals, während ENaC in Abwesenheit von TMPRSS2 unvollständig aktiviert bleibt. Oben rechts: Die ENaC-Aktivität wird durch intrazelluläre Rezeptoren (z. B. Mineralokortikoidrezeptor) sowie durch basolaterale Rezeptoren (z. B. EP4- und PAR-2-Rezeptoren) reguliert. Bei der intrazellulären Signalübertragung spielt unter anderem die Serum- und Glukokortikoid-induzierbare Kinase 1 (SGK-1) eine wichtige Rolle.
Unten links: Strukturelle Darstellung der Bindungsstellen der autoinhibitorischen Peptide in α- und γ-ENaC. Die autoinhibitorischen Peptide sind rot und gelb dargestellt; interagierende Aminosäurereste der Bindungsstelle sind farbcodiert von weiß (keine Interaktionen) bis blau bzw. grau (starke Interaktionen).
Unten rechts: Vereinfachtes Modell der ENaC-Regulation durch S3969. Die Substanz interagiert mit einer Bindungsstelle an der Grenzfläche zwischen β- und γ-Untereinheit und bewirkt eine strukturelle Umlagerung in diesem Bereich, die zu einer Konformationsänderung mit Auswirkung auf das Schaltverhalten des Kanals führt.
