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Glanzlichter biomedizinischer Forschung - Oktober 2015

Bestrophin 1 unverzichtbar für die Volumenregulierung des humanen retinalen Pigmentepithels

Ein in engen Grenzen konstantes Zellvolumen, auch bei extra- oder intrazellulärer osmotischen Schwankungen, ist von essentieller Bedeutung für Funktion und Überleben jeder Zelle des Körpers. Um beispielsweise einem Anschwellen der Zellen entgegenzuwirken, werden sogenannte volumenregulierte Anionenkanäle (VRACs) aktiviert. Dadurch kann aufgrund des Austritts von Chlorid- und Kaliumionen auf osmotischem Wege Wasser aus der Zelle herausströmen kann. Obwohl mit der Entdeckung des Gens LRRC8A vor Kurzem die molekulare Identität eines ersten Säuger-VRAC beschrieben werden konnte, blieb unklar, ob damit ein einziger VRAC für alle Zelltypen gefunden werden konnte oder ob es individuelle VRACs geben könnte, die zelltyp- und/oder gewebsspezifisch exprimiert werden. In diesem Zusammenhang untersuchte die Arbeitsgruppe um Professor Dr. Bernhard Weber (Institut für Humangenetik, Universität Regensburg) in Zusammenarbeit mit Professor Dr. Christian Wetzel (Lehrstuhl für Psychiatrie und Psychotherapie, Molecular Neurosciences, Universität Regensburg) und Professor Karl Kunzelmann (Institut für Physiologie, Universität Regensburg) das Gen Bestrophin 1 (BEST1). Dieses Gen kodiert für ein integrales Membranprotein, das spezifisch im humanen retinalen Pigmentepithel (RPE) des Auges exprimiert wird. Mutationen in diesem Gen sind mit der Bestschen vitelliformen Makuladystrophie (BVMD) assoziiert, einer autosomal dominanten Form der Makuladegeneration, die schon in jüngerem Alter zu einer starken Beeinträchtigung des Sehvermögens führen kann. Arbeiten anderer Arbeitsgruppen hatten gezeigt, dass BEST1 als Kalzium-aktivierter Chloridkanal fungiert und damit an der Aufrechterhaltung der Kalziumhomöostase der Zelle, der Neurotransmitterfreisetzung oder auch der Volumenregulation beteiligt sein könnte. Um diese möglichen Funktionen von BEST1 zu überprüfen, wurde ein humanes Zellkulturmodell von Patientenzellen etabliert. Fibroblastenzellen aus Hautbiopsien zweier Patienten mit jeweils nachgewiesener BEST1-Mutation wurden mit Hilfe der induzierten pluripotenten Stammzelltechnologie und der anschließenden Differenzierung in humane RPE-Zelllinien generiert. Die immunohistochemische Analyse bestätigte bei einer gesunden Kontroll-RPE-Zelllinie eine starke Expression und korrekte Lokalisation des BEST1-Proteins in der Plasmamembran der RPE-Zellen. Im Gegensatz hierzu fand sich eine wesentlich reduzierte Expression und zusätzlich eine fehlerhafte Lokalisation von BEST1 in den beiden Patientenlinien. Anhand elektrophysiologischer Untersuchungen konnte nachgewiesen werden, dass nach hypotonem Anschwellen der RPE-Zellen beide Patientenlinien stark reduzierte Chloridströme im Vergleich zu denen der Kontrollperson zeigten. Die Kontrollzellen kehrten nach wenigen Minuten trotz anhaltender hypotoner Stimulation zu ihrer ursprünglichen Zellform zurück, wohingegen die Patientenzellen im geschwollenen Zustand verblieben. Um bei diesen Prozessen einen möglichen Einfluss des LRRC8A-Proteins zu untersuchen, wurde die LRRC8A-Expression mittels der "short-hairpin RNA (shRNA)- knockdown" Methode um ca. 80 % reduziert. Dies zeigte, dass ein fast vollständiges Fehlen von LRRC8A keinen Einfluss auf Stärke und Qualität der gemessenen Chloridströme und somit keine Auswirkung auf die Fähigkeit zur Volumenregulation besaß. Damit konnte erstmals dargestellt werden, dass BEST1 in RPE-Zellen der verantwortliche VRAC ist. Somit unterstützen die Arbeiten der Regensburger Forscher ein Modell, bei dem mit mehreren molekular unterschiedlichen zell- und/oder gewebespezifischen VRACs gerechnet werden muss. Zukünftige Arbeiten, gerade auf dem Gebiet von Erkrankungen mit pathologischen Störungen der Volumenregulation könnten daher weitere, bisher unbekannte spezifische VRACs hervorbringen. Mit der Entdeckung von BEST1 als RPE-spezifischem VRAC ist eine erste Hürde genommen, neue Therapiemöglichkeiten für die BVMD-Erkrankung zu definieren. Als Testsysteme für Substanztestungen bieten sich auch hier patientenspezifische RPE-Zellkulturmodelle an.  

Publikation:
Bestrophin 1 is indispensable for volume Regulation in human retinal Pigment Epithelium cells.
In: Proc Natl Acad Sci USA 112: E2630-E2639, 2015

Milenkovic A, Brandl C, Milenkovic VM, Jendryke T, Sirianant L, Wanitchakool P, Zimmermann S, Reiff CM, Horling F, Schrewe H, Schreiber R, Kunzelmann K, Wetzel CH, Weber BH.  

 

    Kontaktdaten
Andrea Milenkovic Andrea Milenkovic
Institut für Humangenetik
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E-Mail: andrea.milenkovic@ukr.de
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Letzte Aktualisierung: 01.10.2015 | Online-Redaktion
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