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Bitte beziehen Sie sich beim Zitieren dieses Dokumentes immer auf folgende
URN: urn:nbn:de:bsz:25-opus-80701
URL: http://www.freidok.uni-freiburg.de/volltexte/8070/


Bredt, Saskia

Die Primärzilie reguliert Zellgröße durch LKB1

Primary cilia regualtes mTOR activity through LKB1

Dokument1.pdf (13.070 KB) (md5sum: 2ed77436a8489f6915fd2babe58f8165)

Kurzfassung in Deutsch

„Die Primärzilie reguliert Zellgröße über LKB1“
Die Autosomal Dominante Polyzystische Nierenerkrankung (ADPKD) ist die häufigste genetische Ursache für die terminale Niereninsuffizienz und wird bislang symptomatisch supportiv behandelt. Die Identifizierung der beiden verantwortlichen Gene Pkd1 und Pkd2, sowie weitreichende pathophysiologische und zellbiologische Erkenntnisse ließen sich bisher nicht in eine kausale Therapie der ADPKD umsetzen. Zystenentstehung nach Verlust der Heterozygotie von Pkd1, bzw. Pkd2 beginnt nicht sofort, sondern ist ein Prozess mit langer Latenzzeit, vielleicht ausgelöst durch einen „Third Hit“. Erstaunlicherweise kann die Zystenbildung in PKD Tiermodellen erfolgreich mit mTOR Inhibitoren wie Rapamycin behandelt werden. Das Konzept wird mittlerweile in klinischen Studien erprobt. Die Ursache der pathologisch erhöhten mTOR Aktivität in Zystenepithelien ist jedoch unklar. Die Beeinflussung des mTOR Signalweges durch Zilien, fadenförmigen sensorischen Zellorganellen, deren Funktionsverlust ein wesentliches pathophysiologisches Element der PKD darstellt, ist nicht untersucht.
Diese Arbeit untersucht den Zusammenhang zwischen mTOR und Zilien. MDCK-Zellen mit induzierbarem Knockdown wurden unter Fluss mit Hilfe einer etablierten Langzeitflusskammer auf ihre Zellgröße untersucht. Die Zellgröße korreliert positiv mit der mTOR Aktivität. Untersuchungen unter Flussbedingungen mit funktionalen Zilien führten zur mTOR Hemmung. Sobald die Zellen keinem Fluss mehr ausgesetzt waren, sowie dysfunktionale oder keine Zilien hatten, stieg die Zellgröße, also die mTOR Aktivität, an. Entscheidend für die mTOR Regulation waren nun erstens ein konstanter unidirektionaler Fluss und zweitens existente und funktionstüchtige Zilien. Unsere Daten weisen darauf hin, dass Verlust die fluss- und zilienabhängigen mTOR Hemmung eine wichtige Rolle in der Pathogenese der PKD spielen könnte.
Auf der Suche nach weiteren beeinflussenden Größen auf der „Zilien-mTOR“-Achse wurde LKB1, ein Tumorsuppressor und mTOR-Inhibitor, in der Langzeitflusskammer untersucht. LKB1 Knockdown vergrößerte die Zellen, also aktivierte mTOR, ähnlich wie Zellen ohne Zilien unter Fluss. Dieser erste ernstzunehmende Hinweis auf eine Schlüsselrolle von LKB1 in der ziliären mTOR Regulation wurde bestärkt durch den spannenden Befund, dass endogenes wie überexprimiertes LKB1 in die Zilie lokalisiert. Der Transport von Proteinen in die Zilie ist hochselektiv, was eine ziliäre Funktion wahrscheinlich macht. Endogenes LKB1 lokalisiert in die Zilie und hemmt mTOR Aktivität flussabhängig. Dies macht Verlust von LKB1 zum möglichen „Third Hit“ in der Pathogenese der PKD.


Kurzfassung in Englisch

Autosomal Dominant Polycystic Kidney Disease (ADPKD) is the most frequent genetic cause for terminal renal failure. So far, the only possible treatment is symptomatic and supportive. Unfortunately, neither the identification of the two responsible genes Pkd1 and Pkd2 nor far-ranging pathophysiological and cell biological findings have led to a causal therapy of ADPKD. Cystogenesis doesn’t begin directly after loss of heterocygosity (“second hit”) of Pkd1 and Pkd2, respectively, but is a process of extensive latency, triggered for instance by a “third hit“. Amazingly, cystogenesis in animal models of PKD can be treated successfully with rapamycin, a mTOR inhibitor. This concept is currently analyzed in clinical trials, but the reason for pathologically elevated mTOR activity in cyst-lining epithelia is still unknown. Cilia are filamentous sensory cell organelles, whose functional loss is the essential pathophysiological event of PKD. However, so far the influence of cilia on the mTOR pathway hasn’t been investigated.
This paper examines the relationship between mTOR and cilia. MDCK cells with an inducible knockdown of cilia were analyzed under flow condition by using a longterm-flow chamber and were quantified for their cell size. The cell size correlated positively with the mTOR activity. Cells with functional cilia under flow conditions could inhibit mTOR activity. Cells under no-flow conditions or without cilia had an increased cell size, and therefore increased mTOR activity. Thus, the mTOR regulation was determined firstly by a constant unidirectional flow and secondly by the existence of functional cilia. Our data indicate that the loss of flow and cilia-dependent mTOR inhibition may play an important role in the pathogenesis of PKD.
Searching for regulators of the “cilia-mTor axis“, LKB1, a tumor-suppressor and mTOR inhibitor, was tested utilizing the long-term flow chamber. LKB1 knockdown increased cell size, thus activated mTOR, as shown for cells without cilia under flow. This first hint of LKB1 playing a key role in ciliary mTOR regulation was strengthened by the finding that overexpressed and also endogenous LKB1 were localized in cilia. Because ciliary transport is highly selective, this is suggestive for a LKB1 function within the cilium: endogenous LKB1 localizes in cilia and inhibits mTOR in a flow dependent manner. The loss of LKB1 could be a possible “third hit“ in the pathogenesis of PKD.


SWD-Schlagwörter: Primäre Zilie
Freie Schlagwörter (deutsch): mTOR , ADPKD , LKB1 , Flusskammer
Freie Schlagwörter (englisch): primary cilia , mTOR , ADPKD , LKB1 , Flow chamber
Institut: Medizinische Univ.-Klinik und Poliklinik
Fakultät: Medizinische Fakultät / Universitätsklinikum
DDC-Sachgruppe: Medizin und Gesundheit
Dokumentart: Dissertation
Erstgutachter: Kühn, Wolfgang (PD Dr.)
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 30.11.2010
Erstellungsjahr: 2011
Publikationsdatum: 03.05.2011
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