Doctoral Thesis
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Palladin, ein Aktin-assoziiertes Protein, beeinflusst die Morphologie, Migration, Adhäsion und Polarität von Zellen maßgeblich. Zudem wurde bereits in klinischen Studien gezeigt, dass ein Zusammenhang zwischen der Expression von Palladin und der Metastasierungsfähigkeit von Tumoren besteht. Das Studium der Funktion von Palladin in vivo ist aufgrund der bereits intrauterinen Letalität eines Palladin-Knockouts in der Maus nicht möglich. Daher wurde im Rahmen der vorliegenden Arbeit der Zebrafisch als Modellorganismus für die Untersuchung der Funktion von Palladin verwendet. Durch Mikroinjektion von sogenannten Morpholinos in die befruchteten Zebrafischeier konnte Palladin herunterreguliert werden. Mittels Western Blot und RT-PCR wurde diese Abnahme von Palladin bestätigt. In Analogie zur Maus führte der Kockdown von Palladin zu einem letalen Phänotyp zum Zeitpunkt 11-18 hpf, das auf schwere Entwicklungsschäden zurück zu führen ist. Um Zebrafischlarven mit einem Palladin Knockdown dennoch histologisch genauer untersuchen zu können, wurde ein sogenannter Mosaikphänotyp erzeugt. Hierbei zeigte sich, dass die Ausbildung geordneter Aktin-Filamente in den Myotomen gestört war. Mit Hilfe der in vivo Mikroskopie konnte ferner an lebenden Palladin-Knockdown Zebrafischlarven zum Zeitpunkt 6 und 8.5 hpf erstmals gezeigt werden, dass der Verlust von Palladin zu einer veränderten Migration von Zellen und zur Instabilität von Zell-Zell bzw. Zell-Matrix Kontakten führt. Durch eine Gene Array Analyse der Palladin-Knockdown Larven (10 hpf) konnte gezeigt werden, dass 1335 von 8200 Proteinen in Abhängigkeit der Palladin-Expression signifikant in ihrer Regulation verändert waren. Dabei sind unter den hoch- bzw. herunterregulierten Proteinen auch solche Proteine vertreten, die einen entscheidenden Einfluss auf das Aktin-Zytoskelett und auf Zell-Matrix- bzw. Zell-Zell-Kontakte haben. Zusammenfassend zeigte sich, dass der Zebrafisch ein ideales Tiermodel ist, um die Rolle von Palladin in vivo zu untersuchen.
Podozyten, die hochspezialisierten viszeralen Epithelzellen des Glomerulus, bedecken die Außenseite der glomerulären Kapillaren und sind für die Filtration des Blutes in der Niere essentiell. Eine Schädigung der Podozyten geht mit dem Verlust ihrer komplexen dreidimensionalen Struktur, dem sogenannten Fußfortsatz-Effacement einher. Effacement und Detachment, das Ablösen der Podozyten von der glomerulären Basalmembran, führen zur Ausscheidung von hochmolekularen Proteinen mit dem Urin und in vielen Fällen zu einer nicht heilbaren chronischen Nierenerkrankung (CKD). In der Vergangenheit wurde anhand von Zellkulturstudien und Versuchen an Ratten und Mäusen die These aufgestellt, dass Podozyten entlang der glomerulären Basalmembran wandern können. Da diese Experimente jedoch bisher nicht eindeutig belegen konnten, dass es sich bei den beobachteten Zellen tatsächlich um vollständig differenzierte Podozyten handelte und diese Fragestellung für das Verständnis der Pathogenese chronischer Nierenerkrankungen und damit für die Entwicklung neuer Therapieverfahren von wesentlicher Bedeutung ist, wurde im Rahmen dieser Arbeit ein Verfahren entwickelt, Fluoreszenz-markierte Podozyten in vivo in lebenden Zebrafischlarven zu beobachten. Dazu wurde zunächst durch Kreuzung ein transgener Zebrafischstamm generiert, dessen Larven vollständig transparent sind und das grün-fluoreszierende Protein unter Kontrolle des wt1a-Promoters in Podozyten exprimieren. Mit der 2-Photonenmikroskopie konnten nun in Langzeitaufnahmen einzelne Podozyten in fünf bis sechs Tage alten Zebrafischlarven beobachtet werden. Hierbei zeigte sich eindeutig, dass Podozyten über Zeiträume von bis zu 23 Stunden nicht wandern. Da mit dieser Technik auch einzelne Primärfortsätze der Podozyten beobachtet werden können, konnte erstmals gezeigt werden, dass sich auch diese nicht signifikant innerhalb eines Beobachtungszeitraums von bis zu 23 Stunden bewegten. Als Nachweis, dass mit dieser Beobachtungsmethode dynamische Podozyten nachgewiesen werden können, wurde die Bewegung einzelner Zellen während der Bildung des Glomerulus über einen Zeitraum von 3 Tagen verfolgt. Um ferner auszuschließen, dass Podozytenfortsätze sehr schnelle, oszillierende Bewegungen vollführen, wurden einzelne Podozyten in sehr kurzen Intervallen aufgenommen und das Bewegungsmuster analysiert. Auch hier zeigten sich keine dynamischen Eigenschaften der Podozyten im lebenden Organismus. Somit kann davon ausgegangen werden, dass Podozyten unter physiologischen Bedingungen in lebenden Zebrafischlarven kein dynamisches Verhalten zeigen, sondern als statische Zellen anzusehen sind.
