Projekt A09: Kommunikation zwischen Glomerulus und Tubulus über kleine Extrazelluläre Vesikel
Das Unterprojekt A09 untersucht, wie kleine extrazelluläre Vesikel (small EVs) die Kommunikation innerhalb des Nephrons, insbesondere zwischen Glomerulus und Tubulus, vermitteln.
Small EVs sind membranumhüllte Partikel (50–150 nm), mit endosomalem Urspruch, die Proteine, RNAs und Lipide transportieren und dadurch als hochspezifische interzelluläre Boten wirken. Wir untersuchen, wie diese Vesikel die glomeruläre Basalmembran (GBM) überwinden, welche Zielzellen entlang des Tubulussystems sie erreichen und welche funktionellen Effekte sie in Gesundheit und Krankheit haben.
Bisherige Förderperiode
In den vergangenen Förderperioden konnten wir zeigen, dass glomeruläre Endothelzellen (GECs), Podozyten und Tubuluszellen small EVs mit typischen exosomalen Eigenschaften freisetzen. Mittels Live- und Super-Resolution-Mikroskopie, Transmissionselektronen-mikroskopie und fluoreszenzbasierten Reporter-Systemen konnten wir die dynamische Freisetzung, den Transport und die Aufnahme dieser Vesikel sichtbar machen. Unsere Untersuchungen zeigen, dass GEC-zu-Podozyten Kommunikation über small EVs funktioniert. GEC übertragen über ihre Vesikel microRNAs (miRs) an Podozyten, wodurch die Genexpression der Podozyten gezielt in Programme für Zellüberleben und Differenzierung moduliert wird. Proteomische Analysen der Vesikel zeigen, dass sie Integrine und Proteasen auf ihrer Oberfläche tragen, die vermutlich das Passieren der GBM erleichtern. In Zebrafisch-Modellen konnten wir beobachten, dass diese small EVs die GBM überwinden und Podozyten erreichen; ein Transport in Tubuluszellen erfolgt dagegen nur unter Bedingungen glomerulärer Schädigung. Auch die Kommunikation von Podozyten zu Tubuluszellen erfolgt über small EVs. Podozytäre small EVs werden von Tubuluszellen effizient aufgenommen und können spezifische miRs wie miR-378a transportieren, die Signalwege wie mTOR aktivieren und die Autophagie in den Tubuluszellen modulieren. In vivo-Zebrafisch-Modelle bestätigen die physiologische Relevanz dieses Mechanismus und zeigen, dass Podozyten über small EVs gezielt auf die Funktion und den Stoffwechsel der Tubuluszellen Einfluss nehmen können.
Geplante Förderperiode
Für die kommende Förderperiode planen wir eine systematische, mechanistische Analyse der intrarenalen small EV-Kommunikation in vivo und in vitro:
- Mechanismen der GBM-Überquerung und Tubuluszielgerichtung:
Wir werden untersuchen, welche Integrine und Proteasen auf small EVs den Durchtritt durch die GBM ermöglichen und welche Vesikel von Tubuluszellen bevorzugt aufgenommen werden. Hierzu kombinieren wir Proteomik, FACS-Analysen, CRISPR/Cas9-basierten Integrin-Knockout und funktionelle Reporter-Assays. - In vivo Mapping der small EV-Verteilung:
Mithilfe von Zelltyp-spezifischen CD63-Reporter-Zebrafischen und Mäusen wollen wir die räumliche Verteilung und das Trafficking von small EVs entlang des Nephrons darstellen. Multiplex-Labeling und hochauflösende Bildgebung werden es ermöglichen, Aufnahme, Bindung und Transport der Vesikel unter physiologischen und verletzungsbedingten Bedingungen zu quantifizieren. - Funktionale Validierung der small EV-Fracht:
Wir werden direkt nachweisen, dass small EVs funktionelle RNA- und Protein-Cargos in Tubuluszellen übertragen und dadurch Genexpression und Zellfunktion verändern. Dazu kombinieren wir Cre-loxP-basierte Reporter-Systeme, mRNA- und Protein-Labeling, isolierte perfundierte Nieren und quantitative Molekularanalysen.
Dieses integrative Konzept erlaubt erstmals eine detaillierte, mehrstufige Charakterisierung der glomerulär-tubulären small EV-Kommunikation und ihrer funktionellen Konsequenzen. Die Ergebnisse werden wichtige Einblicke in die Grundlagen der intrarenalen Signalübertragung liefern und potenziell neue therapeutische Ansatzpunkte bei glomerulären Erkrankungen eröffnen.
