Neue Proteinkarte könnte Diagnose und Verständnis seltener Ziliopathien verbessern

An fast jeder menschlichen Zelle ist eine antennenartige Struktur befestigt, die als primäres Cilium bekannt ist. Sie erkennt die Umgebung der Zelle und steuert, wie sie auf Signale aus ihrer Umgebung reagiert. Neue Forschungen aus den USA und Schweden haben Hunderte von Proteinen kartiert und identifiziert, aus denen diese Strukturen bestehen, und neue Erkenntnisse für zukünftige Forschungen zur Zilienbiologie, Krankheitsmechanismen und möglichen Therapien geliefert.

Veröffentlichung in der Zeitschrift, Zelle, Forscher des KTH Royal Institute of Technology und der Stanford University verwendeten fortschrittliche bildgebende und antikörperbasierte Techniken, um Proteine ​​in primären Zilien in drei Arten menschlicher Zellen zu kartieren. Sie analysierten mehr als 128.000 einzelne Zilien und identifizierten 715 Proteine, die sich in verschiedenen Teilen der Zilien befinden und für die Wahrnehmung mechanischer oder chemischer Signale wie Hormone verantwortlich sind. Diese primären Zilien unterscheiden sich von beweglichen Zilien, die für die Bewegung von Flüssigkeiten oder Zellen verantwortlich sind.

Professor Emma Lundberg, Forscherin für zelluläre und klinische Proteomik am KTH Royal Institute of Technology, sagt, die Studie habe auch ein mögliches Gen identifiziert, das hinter verschiedenen Störungen im Zusammenhang mit Fehlfunktionen des Ciliums steckt. Diese können zu Störungen führen, die viele Teile des Körpers betreffen, vom Gehirn und den Augen bis hin zu den Nieren und Knochen.

Darüber hinaus entdeckten die Forscher 91 Proteine, die noch nie zuvor mit Zilien in Verbindung gebracht wurden.

Die Studie erweitert das aktuelle Verständnis von Zilien und stellt sie als äußerst anpassungsfähige und vielseitige Informationsverarbeiter dar, die ihre Proteinzusammensetzung an die Bedürfnisse der Zelle anpassen, zu der sie gehören.

Zellen scheinen die Proteinzusammensetzung ihrer Zilien so anzupassen, dass sie bestimmte Wahrnehmungsaufgaben ausführen. Diese neu entdeckten Zilienproteine ​​inspirieren viele neue Hypothesen über Zilien.

Emma Lundberg, Professorin, KTH Royal Institute

Gemeinsam mit Klinikern des Karolinska-Instituts in Stockholm untersuchte das Team die klinische Relevanz ihrer Ergebnisse, indem es ihre Proteinliste mit genetischen Daten von Patienten mit nicht diagnostizierten Syndromen verglich. Dabei fanden sie eine Genvariante, CREB3, bei einem Kind mit Symptomen, die Ziliopathien ähneln.

Der Hauptautor der Studie, Jan Hansen, ein Forscher im Labor, das Lundberg in Stanford leitet, sagt, diese Entdeckung öffne die Tür zur Identifizierung neuer krankheitsverursachender Gene und zu einem besseren Verständnis seltener Erkrankungen.

Es kann auch zu einer verbesserten Genauigkeit bei der Diagnose von Ziliopathien führen, einer Klasse genetischer Störungen, bei denen ein erkranktes Gen zu einer Funktionsstörung der Zilien führt.

„Die Patienten weisen vielfältige Symptome auf, etwa sechs Finger pro Hand, geistige Defizite, Blindheit oder Nierenschäden.“ Hansen sagt. Der Zusammenhang zwischen seltenen Krankheiten und Zilien war jedoch aufgrund der Schwierigkeit, die Zusammensetzung der Zilienproteine ​​zu untersuchen, begrenzt. „Unser räumlicher Atlas der Zilienproteine ​​kann zu einem besseren Verständnis und einer besseren Diagnose seltener Ziliopathie-Erkrankungen beitragen, bei denen Patienten sehr unterschiedliche Symptome aufweisen.“

Die Daten der Studie sind über den Human Protein Atlas, eine offene Ressource für Wissenschaftler und Kliniker weltweit, öffentlich verfügbar. „Ich bin ein starker Verfechter der offenen Wissenschaft und wir sind stolz darauf, diese Ergebnisse der Forschungsgemeinschaft offen zugänglich zu machen“, sagt Lundberg.

In Schweden wurde die Forschung vom Science for Life Laboratory (SciLifeLab) durchgeführt, einem gemeinsamen Forschungszentrum der KTH Royal Institute of Technology, des Karolinska Institutet, der Universität Stockholm und der Universität Uppsala. An der Studie beteiligte sich auch das Chan Zuckerberg Imaging Institute.

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