Kleine Rab-GTPasen beim intrazellulären Vesikeltransport: Der Fall von Rab3A/Raphillin-3Ein Komplex in der Niere

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Abstrakt:Kleine Rab-GTPasen, die größte Gruppe kleiner monomerer GTPasen, regulieren den Vesikelverkehr in Zellen, der für viele zelluläre Prozesse von wesentlicher Bedeutung ist. Ihre Rolle bei neurologischen Erkrankungen wie Krebs und Entzündungen wurde ausführlich untersucht, ihre Auswirkungen auf Nierenerkrankungen wurden jedoch nicht eingehend untersucht. Die Expression von Rab3a und seinem Effektor Rabphillin-3A (Rph3A) wurde in den Podozyten nachgewiesennormalNierenvon Mäusen, Ratten und Menschen um Vesikel herum, die in den Fußfortsätzen enthalten sind, und sie werden bei Krankheiten mit Proteinurie überexprimiert. Darüber hinaus induzierte das Rab3A-Knockout-Mausmodell tiefgreifende Zytoskelettveränderungen in Podozyten von Tieren, die mit hohem Glukosegehalt gefüttert wurden. Ebenso führte die RphA-Interferenz im Drosophila-Modell zu strukturellen und funktionellen Schäden in Nephrozyten mit einer Verringerung der Infiltrationskapazitäten und der Anzahl der Nephrozyten. Änderungen in der Struktur der Herzfaser im selben RphA-Interferenzmodell eröffnen die Frage, ob eine Rab3A-Dysfunktion gleichzeitig Schäden im Herzen hervorrufen würde undNierenzellen,ein attraktives Feld, das in Zukunft Aufmerksamkeit erfordern wird.

Schlüsselwörter:Rab-Proteine; Rab3A; Rabphilin-3A, Niere, Niere

cistanche und tongkat ali

EinführungKleine Rab-GTPasen, die größte Gruppe kleiner monomerer GTPasen, und ihre mit Rab interagierenden Proteine ​​sind an mehreren zellulären Funktionen beteiligt, einschließlich des Verkehrs von endosomalen Vesikeln und Plasmamembrankombinationen, um Ladungen in den extrazellulären Raum freizusetzen [1,2]. Die Rolle von Rab-GTPasen bei Krankheiten und spezifischen Syndromen wurde umfassend untersucht [3]. Der Nachweis ihrer Assoziation mit anderen Geweben und pathologischen Prozessen wie Krebs, Entzündungen, Blutplättchen und endokrinen Sekreten, die weitgehend bewertet und mit Vesikelsynapsen und Ablagerungen bei Erkrankungen des Nervensystems in Verbindung gebracht werden, war in den letzten Jahren das Motiv der Forschung. Funktionell koordinieren Rab-GTPasen Membrantransportereignisse auf der Grundlage einer zyklischen Umwandlung zwischen aktiven GTP-gebundenen Zuständen und inaktiven GDP-gebundenen Zuständen. Die GTP-gebundene Form kann mit Effektoren interagieren, verschiedene Schritte fördern und zum vektoriellen Membranverkehr beitragen [2]. Jedes Rab-Protein hat spezifische Effektorproteine, die verschiedene intrazelluläre Transportschritte regulieren, die das Trans-Golgi-Netzwerk, den endosomalen Weg-Lysosom für die Clearance/den Abbau oder die Fusion mit der Zellmembran für die Vesikelfreisetzung sind, die am besten untersucht sind [4–6].

Rabs sind mit erblichen genetischen und erworbenen Krankheiten assoziiert [7]. Ihre Wirkung auf Krebs,neurologische Erkrankung, Immunität,und Infektionen wurden erkannt [8]. Trotz des zunehmenden Wissens ist ihr Beitrag zu Nieren- und Herzfunktionsstörungen und -schäden gering. Daher bietet dieser Übersichtsartikel einen Überblick über die Relevanz von Rab-GTPasen bei Erkrankungen des Menschen, mit besonderem Schwerpunkt auf dem Rab3a-Rph3A-Komplex und seiner entscheidenden Rolle bei Nierenerkrankungen und einer Erwähnung zukünftiger Implikationen.

Rab GTPasen und VesikelhandelRab-Proteine ​​[9] sind Hauptregulatoren des intrazellulären Vesikeltransports zwischen verschiedenen Kompartimenten durch die Rekrutierung von Effektoren und spezifischen Regulatoren [2], die entweder an der Vesikelknospung, der Mobilität durch Wechselwirkung mit dem Zytoskelett oder der Anbindung an die Membran beteiligt sind. Die Rab-Familie besteht aus mehr als 70 GTPasen, von denen jede vorzugsweise mit einem intrazellulären Kompartiment assoziiert ist, um die Spezifität und Richtung von Membrantransportwegen zu kontrollieren, die hauptsächlich mit dem Vesikeltransport zusammenhängen. Dadurch tragen sie zur Verleihung der Membranidentität bei [10] und sorgen dafür, dass membrangebundene Ladungen innerhalb der Zelle an ihren richtigen Bestimmungsort transportiert werden.

Die Prozesse haben gut definierte Verkehrswege, einschließlich exozytischer und endozytischer Wege, wobei letztere aus frühen, späten und Recycling-Komponenten bestehen [11]. Jeder der Wege ist normalerweise in nicht überlappende Rabs eingebettet und tritt in verschiedenen Kompartimenten auf (Abbildung 1).

Im Zusammenhang mit dem trans-Golgi-Netzwerk und sekretorischen Vesikeln wurden mehrere Rab-Proteine ​​identifiziert. Rab1 erleichtert das Knospen von Vesikeln an der Austrittsstelle des endoplasmatischen Retikulums und die Translokation von Vesikeln in das Prä-Golgi-Zwischenkompartiment [12]. Der Transit von Vesikeln vom endoplasmatischen Retikulum zum Prä-Golgi könnte auch durch den Rab2--vermittelten Reverse Fellow reguliert werden. Rab8 vermittelt den Vesikelhandel auf dem sekretorischen Weg, der vom Trans-Golgi-Netzwerk zur Plasmamembran führt. Mitglieder der Rab3-Unterfamilie sind kritische Regulatoren der Exozytose der sekretorischen Vesikel in eukaryotischen Zellen, aber neuere Studien zeigen, dass zusätzliche Rab-Isoformen, die Rab27-Unterfamilie, für diesen Prozess erforderlich sind [13]. Jüngste Literaturberichte berichten, dass Rab3 und Rab27 zusammenarbeiten, um Vesikel-Exozytose zu erreichen, indem spezifische Effektorproteine ​​wie Rabphilin3a (Rph3a), die Rab27a binden, rekrutiert werden, wodurch ein aktivierendes Enzym Rab3IL1, ein Rab-Regulator, rekrutiert wird, das den Austausch von GDP gegen GTP auf Rab3a katalysiert [14 ]. Rph3a treibt das Andocken der Vesikel an Zielmembranen an. Allerdings einige sekretorische Vesikel. Rph3a treibt das Andocken der Vesikel an Zielmembranen an. Einige sekretorische Vesikel werden jedoch wahrscheinlich auch wahrscheinlich durch direktes Knospen der Plasmamembran gebildet, und die Notwendigkeit einer Rab-GTPase-Aktivität bei einer solchen Sekretion ist nicht bekannt.

Abbildung 1. Rab-Protein-vermittelter intrazellulärer vesikulärer Transport. Hervorgehobene Proteine ​​der Rab-Familie, die eine Schlüsselrolle bei der Regulierung des Zellmembranverkehrs spielen, einschließlich Endozytose, Exozytose, Exosomensekretion und Vesikelabgabe zwischen Organellen. Kleine Rab-GTPasen spielen eine Schlüsselrolle bei der Regulierung des zellulären Vesikeltransports, einschließlich Endozytose, Exozytose, Exosomensekretion und intrazellulärer Vesikelabgabe. Rab5, das in frühen Endosomen lokalisiert ist, vermittelt Endozytose und Endosomenfusion von Vesikeln. Rab11 und Rab25 vermitteln ein langsames endozytisches Recycling durch Recycling-Endosomen, während Rab4 ein schnelles endozytisches Recycling direkt aus frühen Endosomen vermittelt. Der späte Endosomen-Lysosomen-Verkehr, der mit Rab7 assoziiert ist, vermittelt die Reifung später Endosomen und ihre Fusion mit Lysosomen. Eine weitere späte endosomale GTPase, Rab9, vermittelt den Transport von späten Endosomen zum trans-Golgi-Netzwerk (TGN). Rab1, das sich an den Austrittsstellen des endoplasmatischen Retikulums (ER) und dem Prä-Golgi-Zwischenkompartiment (IC) befindet, vermittelt den ER-Golgi-Transport. Rab2, das sich am IC befindet, könnte auch den Golgi-ER-Handel regulieren. Rab6 ist hauptsächlich für den Transport von Vesikeln innerhalb von Golgi bekannt. Rab8 vermittelt den konstitutiven Transport vom TGN zur Plasmamembran, während Rab3 und Rab27 verschiedene Arten von regulierten exozytischen Ereignissen vermitteln. Rab22 vermittelt den Transport zwischen TGN und frühen Endosomen und umgekehrt. Schließlich wurde für die von multivesikulären Körpern (MVB) abhängige Sekretion von Rab11, Rab35 und Rab27 gezeigt, dass sie die Exosomensekretion fördern und möglicherweise auf verschiedene MVBs entlang des Endozytosewegs wirken. MVB: multivesikulärer Körper; TGN: Trans-Golgi-Netzwerk.

In Bezug auf Endozytose und Recycling-Endosomenwege ist Rab5 ein Bewohner früher Endosomen, Phagosomen, Plasmamembranen und vermittelt Endozytose, an der Clathrin-beschichtete Vesikel beteiligt sind. Rab11 und Rab25 nehmen am langsamen Endosomen-Recycling teil und Rab4 erleichtert das schnelle Recycling von Endosomen aus frühen Endosomenpopulationen. Dann vermittelt Rab7 die Reifung des späten Endosoms (LE) und führt dann LE zum Abbau zum Lysosom. Schließlich verbindet Rab9 LE mit dem Trans-Golgi-Netzwerk. Wenn man sich auf die Sekretion von Exosomen konzentriert, gibt es neue molekulare Akteure in der Pathogenese vieler Krankheiten, wobei Rab11 das erste ist, über das berichtet wurde [15]. Später wurden zwei neue Rabs in der Exosomensekretion hervorgehoben, Rab27 und Rab35, die beide das Andocken von multivesikulären Körpern (MVBs) an die Plasmamembran ermöglichen. Stummschaltungsexperimente von Rab2B, Rab5A, Rab9A, Rab11 und am effizientesten Rab27A und Rab27B verringerten die Sekretion von Exosomen [16–18]. Diese individuellen Beobachtungen waren jedoch je nach analysiertem Zelltyp unterschiedlich und wurden durch die Diversität der Exosomen beeinflusst, die mit unterschiedlichen Frachten angereichert waren. Rab11 und Rab35 sind hauptsächlich mit Recycling- bzw. frühen Sortierendosomen assoziiert, und Rab27A/B mit späten endosomalen und sekretorischen Kompartimenten, die oft als Lysosomen-verwandte Organellen bezeichnet werden [9]. Somit könnten verschiedene Subtypen später Endosomen unterschiedliche Exosomen erzeugen [19]. Vielleicht könnte die Diversität der Exosomen in Proteinladungen auf die unterschiedlichen Sekretionsverkehrswege zurückzuführen sein, die durch spezifische Rab-Proteine ​​je nach Zellstimulus reguliert werden.

Darüber hinaus regulieren Rab-Wechselwirkungen mit Effektoren das Vesikel-Targeting und die Membranfusion auf drei Arten [20]. Erstens helfen Rabs beim Transport von Vesikeln von ihrem Ursprungsort zu den Akzeptorkompartimenten durch Zytoskelettelemente und Motorproteine. Zweitens regulieren Rab-Effektoren den Membrantransport beim Vesikel-Docking-Schritt. Drittens findet bei der Membranfusion von Vesikeln ein SNAREs-gesteuertes Andocken an der Membran statt [20]. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die spezifische Lokalisierung verschiedener Rab-GTPasen in definierten Membrankompartimenten und ihre Fähigkeit, spezifische Transportwege zu regulieren, sie als neue molekulare Ziele attraktiv gemacht haben. Es gibt jedoch teilweise Kenntnisse über die genaue Funktion und den Einfluss einer Über- oder Unterexpression von Rab-GTPasen auf den Vesikelverkehr, die sich aus der Heterogenität der Funktion in den verschiedenen Zelltypen ergeben, wobei es schwierig ist, ihre Kinetik zu identifizieren. Die Entwicklung neuer Technologien, wie die hochauflösende konfokale Mikroskopie [21] und die CRISPR/Cas-Technologie, tragen dazu bei, solide Informationen und ein besseres Verständnis der Rolle von Rab-GTPasen bei der Vesikelbiogenese und -sekretion zu erhalten, indem sie bisher unbekannte physiologische Rollen und damit ihre aufdecken Auswirkungen auf Gesundheit und Krankheit.

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Rab-vermittelter vesikulärer Verkehr und KrankheitenDie genaue Regulierung von Membrantransportprozessen durch Rab-GTPasen hängt von Wechselwirkungen mit Effektoren ab, die die Polarität der Zellen aufrechterhalten, um die maximale Effizienz von Funktion und Struktur zu erreichen, und die Zellsignalisierung, Teilung, Überleben und Migration regulieren [22,23]. Daher hat ihre Bedeutung bei der Regulierung des Vesikelhandels dazu geführt, dass ihr Zusammenhang mit der Entwicklung mehrerer Krankheiten untersucht wurde (Tabelle 1).

Die Funktionsweise von Rab-Proteinen und ihre Rolle bei Krankheiten wurde in Zellen des Nervensystems umfassend untersucht, wobei die Rolle für den neuronalen Lebenszyklus, die Aktivität und die Akkumulation von intraneuronalen Ablagerungen bewertet wurde [24–27]. Bei verschiedenen neurodegenerativen Erkrankungen wurden Veränderungen und regulatorische Rollen von Rab-Proteinen in den pathologischen Mechanismen in Neuronen, auf mitochondrialer Ebene und Funktionsstörungen von Gliazellen untersucht. Bei Alzheimer, Parkinson, Huntington Corea, Amyotropher Lateralsklerose und Charcot-Marie-Tooth-Erkrankungen [25] wurden Veränderungen von Rab-Proteinen identifiziert. Obwohl die Veränderung der Rab-Proteine ​​nicht bei allen die primäre Ursache der Krankheit ist, ist sie sogar eine Folge. Rab7-, Rab28- und Rab11-Mutationen sind die Hauptursache der Charcot-Marie-Tooth-Krankheit und Rab39B bei der Parkinson-Krankheit [28–31]. Sekundäre Wirkungen von RabGTPasen auf den Membrantransport selbst wurden bei vielen anderen Krankheiten beobachtet (siehe eine umfassende Übersicht in 16). Ein Beispiel für die Komplexität der Mechanismen, die an den möglichen Veränderungen der Rab-Proteine ​​beteiligt sind, sind die Studien, die an der Parkinson-Krankheit durchgeführt wurden [32]. In Verbindung mit der Rab39b-Mutation wurden Rab29, Rab5a und Rab7 bei der vererbten früh einsetzenden Parkinson-Krankheit mit Lewy-Körperchen identifiziert [31]. Im Gegensatz dazu rettet Rab11 mehrere Phänotypen, wie die Akkumulation von Lewy-Protein [33]. Die Forschung zur Analyse von Rab- und vesikulären Verkehrsmechanismen kann helfen zu verstehen, was Neuronen am Leben erhält und welche Rolle sie bei neurodegenerativen Erkrankungen spielen.

Auch bei Herz-Kreislauf-Erkrankungen liegen entsprechende Informationen vor. Eine erhöhte Expression von Rab1 im Myokard verzerrt die subzelluläre Lokalisierung von Proteinen und reicht aus, um Herzhypertrophie und Herzversagen zu verursachen [34]. In Myozyten erkennen und verschlingen Rab9--abhängige Autophagosomen beschädigte Mitochondrien, was zu Ischämie-Reperfusion (IR)-Veränderungen in der oxidativen Phosphorylierung führt und schließlich die Lebensfähigkeit der Kardiomyozyten verringert [35–37]. Bei Diabetikern mit Albuminurie identifizierte eine genomweite Assoziationsstudie einen genetischen Locus von Rab38, der mit Albuminurie assoziiert ist, und hob neue Signalwege hervor, die die Albuminurie beeinflussen [38].

In Blutplättchen wird ihr Einfluss auf Hämostase und Thrombose sowie auf Geweberegeneration, Entzündung und Metastasierung durch Aufnahme, Verpackung und Freisetzung von Exosomen aus Speichervesikeln aufgrund ihrer möglichen therapeutischen Implikationen ausführlich untersucht [39]. Es wurde festgestellt, dass die Rolle bei der Phagozytose, Fremdkörper und apoptotische Zellen zu verschlingen, zu töten und zu verarbeiten und den Immunzellen Antigene zu präsentieren, eine wichtige Rolle bei Immunprozessen spielt [40]. Bei einer IR-Verletzung ist ein Phosphorylierungs-regulierter Polarisationsmechanismus durch Rab21 über Rph3A wichtig für die Adhäsion von Neutrophilen an Endothelzellen während Entzündungsreaktionen [41]. In demLeber, reguliert der Interferon-Regulationsfaktor 1 die Rab27a-Transkription und die extrazelluläre Vesikelsekretion, was zu einer oxidierten Phospholipid-Aktivierung von Neutrophilen und einer nachfolgenden hepatischen IR-Schädigung führt [42].

Angesichts der Bedeutung von Rab-GTPasen beim Membrantransport und der Bedeutung dieses Prozesses für die menschliche Gesundheit [22] ist es vielleicht überraschend, dass nur eine begrenzte Anzahl genetischer Erkrankungen mit einer Rab-Dysfunktion in Verbindung gebracht wird. Die Existenz mehrerer Rab-Isoformen und -Handelswege macht den Menschen vermutlich weniger anfällig für Mutationen in einzelnen Rab-codierenden Genen.

3.1. Rab-vermittelte Wirkungen bei Gesundheit und Krankheit in der Niere

DasNierensind ein entscheidendes Organ, um die Homöostase von Volumenflüssigkeiten und Elektrolyten durch die Aktivität spezialisierter Zellen auf verschiedenen Ebenen der Struktur aufrechtzuerhalten. Eine Dysfunktion eines davon wirkt sich negativ auf die anderen aus und führt zu einer fortschreitenden VerringerungNieren- Funktionauf dem Weg zu einer ChronikNierenerkrankung(CKD), die in der Allgemeinbevölkerung mit etwa 10 Prozent weit verbreitet ist. Die meisten Zellen in Geweben und insbesondere in derNierensind polarisiert und haben normalerweise zwei unterschiedliche Plasmamembrandomänen – eine apikale und eine basolaterale Membran – was das Ergebnis des polarisierten Transports von Proteinen und Lipiden ist. In demNieren-Glomerulussind Podozyten hochdifferenzierte verzweigte Zellen, die in Zusammenarbeit mit den vaskulären Endothel- und den Mesangialzellen eine wichtige Rolle bei der Aufrechterhaltung der Filtrationsbarriere spielen [53]. In den Tubuli haben Zellen mehrere Mechanismen, die auf verschiedene Funktionen spezialisiert sind, und diejenigen in der Endothel-Mesenchym-Translation spielen eine wichtige Rolle bei Entzündungsmechanismen. Kenntnisse über die Rab GTPase in den verschiedenen zellulären Komponenten derNierenwurde etabliert, obwohl die Relevanz für Gesundheit und Krankheit heute begrenzt ist. Fortschritte beim Verständnis der Rolle der Rab GTPase in derNierewurde aus der Bewertung der Expression und Aktivität des Exozystenkomplexes bei der Entwicklung und Reparatur von tubulären Schäden, identifizierten Veränderungen in Rab-Proteinen, die durch niederfrequente genetische Nephropathie oder Bluthochdruck induziert wurden, oder der Bewertung der pathologischen Expression in Modellen der Proteinurie, sowohl glomerulär als auch tubulär, erhalten . Ebenso wurde die Rolle bei der Exosomensekretion untersucht. KulturNieren- Zellenund In-vivo-Modelle wurden verwendet, um nach Mechanismen zu suchen, an denen die Rab-Proteine ​​beteiligt waren. Zum Beispiel bieten Nephrozyten von Drosophila, Analoga von Podozyten und tubuläre Zellen gleichzeitig ein Werkzeug, um Rab-Funktionen durch genetische Manipulation zu testen. In Tabelle 2 ist eine Zusammenfassung des Wissens über die Rab-Beteiligung anNieren-Physiologie und pathologische Zustände werden vorgestellt. Die Exozyste ist ein hoch konservierter Proteinkomplex aus acht Untereinheiten, der am Targeting und Andocken von exozytischen Vesikeln beteiligt ist, die vom trans-Golgi-Netzwerk zu verschiedenen Stellen darin translozierenNieren-Zellen [54]. Viele Funktionen der Exozyste in derNieresind das Ergebnis verschiedener kleiner regulatorischer GTPasen, die an der primären Ziliogenese, Zystogenese und Tubulogenese beteiligt sind. Die Rolle der ReparaturNieren-Tubulusepithelzellen nach einemakutNierenverletzungwurde ebenfalls erkannt [55].

3.1.1. Podozyten

Fu et al. identifizierten 27 verschiedene Rabs in Nephrozyten, elf waren funktionsfähig und davon waren fünf wichtig, um die Funktionalität aufrechtzuerhalten, und drei waren essentiell. Silencing Rab5 identifizierte ihre Rolle bei der Regulierung der Endozytose. Während man dasselbe in Rab7 und Rab 11 tat, wurden Veränderungen beim Proteinabbau und beim Membranrecycling beobachtet. Als Folge der Stilllegung dieser Gene wurde eine Störung der Vesikelorganisation, der Integrität der Filtrationsbarriere und der subzellulären Strukturen, die für die Proteinreabsorption verantwortlich sind, beobachtet [56]. Das steroidresistente nephrotische Syndrom (SRNS) ist eine Erkrankung mit geringer Häufigkeit, bei der 30 Prozent der Fälle bei Kindern auf eine Genmutation zurückzuführen sind, mit histologischen Läsionen der fokalen Glomerulosklerose (FSGS), einem Syndrom, das bei Erwachsenen weniger häufig vorkommt. Bei Missense-Mutationen im TBC1D8B-Gen (TBC1-Domänenfamilie), beobachtet in zwei Familien mit X-chromosomalem früh einsetzendem SRNS, Abnahme des Rab11b-GTPase-aktivierenden Proteins, Beobachtung eines Podozyten innerhalb der architektonischen Veränderungen und Migrationsdefekte als Folge fehlender Internalisierung und Recyclingverfahren [46]. Kampet al. beschrieben fünf weitere Familien mit dieser Mutation und bestätigten im Drosophila-Modell die Beteiligung von Rab11 an diesem Prozess [57]. Andere Mutationen, die als ursächlich für SRNS identifiziert wurden, befanden sich im GAPVD1-Gen (endosomaler Regulator) und wahrscheinlich im ANKFY1-Gen (Ankyrin Repeat and FYVE Domain Containing 1). Beide Gene interagierten mit Rab5 und die Mutationen verstärkten umgekehrt die Bindung an GTP-gebundenes RAB5. Die Wechselwirkung von GAPVD1 und Nephrin, einem Strukturproteinschlüssel im Schlitzdiaphragma, legt nahe, dass der endozytische Transport von Nephrin eine Rolle bei einer RAB5--vermittelten Pathogenese des SRNS spielen könnte [45].

3.1.2. Nierentubuli

Tubuläre Funktionen, hauptsächlich diejenigen, die an der Proteinreabsorption beteiligt sind, werden weitgehend durch Veränderungen im Vesikelverkehr beeinflusst. Bei der rehbraunen hypertensiven Ratte, einem Modell für Bluthochdruck-assoziiertNierenkrankheit, Rab38 beeinflusst die Proteinausscheidung im Urin im proximalen Tubulus. Unter Verwendung von kultivierten proximalen Tubulus-LLC-PK1-Zellen reduzierte der Rab38-mRNA-Knockdown die Endozytose von kolloidalem Gold-gekoppeltem Albumin [49]. Neben der Rolle von Rab38 in den tubulären Epithelzellen wurde auch eine relevante Rolle von Rab7 beim Schutz der Entwicklung des endothelialen mesenchymalen Übergangs (EMT) und der Apoptose identifiziert, wenn eine Albuminüberladung induziert wird. Die Überladung von Albumin in der Tubuluszell-induzierten Aktivierung von MMP-2, Matrix-Metalloproteinase-2, baut Typ-IV-Kollagen ab und reduziert die Verdickung der tubulären Basalmembran. Rab7-Überexpression reduziert die MMP-2-Aktivität, wodurch die Struktur der tubulären Basalmembran erhalten bleibt. Das Ergebnis dieser Studie eröffnet die Möglichkeit, dass die Aktivierung von Rab7 nützlich sein wird, um die Auswirkungen einer Überlastung von Proteinen in der intratubulären Flüssigkeit zu schützen, die die EMT reduziert, wie sie bei diabetischer Nephropathie auftritt [50]. Darüber hinaus reguliert Slp2-a, ein Effektor von Rab27A, zusammen mit Rab27A das apikale Targeting von Podokalyxin und seinem Bindungspartner Ezrin. Die Autoren erstellten ein Modell der Claudin-2-Expression durch den Transport von Podokalyxin zur apikalen Oberfläche durch die Funktion des Slp2-a-Rab27A-Komplexes [51], der zur Menge des Tight-Junction-Proteins beiträgt .

Schließlich wurde die Rolle von Rab-Proteinen im Sammelrohr untersucht. Aquaporin ist ein Vasopressin-reguliertes Wasserkanalprotein, das für die osmotische Wasserresorption durch Sammelrohre verantwortlich ist. In Gegenwart von Vasopressin nehmen Rab7 und vakuoläre Proteinsortierung 35 (Vps35) an der AQP2-Sortierung in frühen Endosomen unter Vehikelbedingungen und apikalem Membrantransport teil [58].

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3.1.3. Freisetzung des Exosoms

Der Einfluss von Rab-Proteinen auf die Freisetzung von Exosomen wurde ebenfalls bewertet, wobei Rab27 eine relevante Rolle spielt. Zwei kürzlich durchgeführte Studien zeigen, dass die Hemmung oder Aktivierung der Rab27-Expression zu einer Verringerung oder Erhöhung der Freisetzung von Exosomen aus den Podozyten führt. In der ersten dieser Studien stabilisierte die Überexpression von KIBRA Rab27, wodurch sein Abbau über den Ubiquitin-Proteasom-Weg vermieden wurde [59]. Im zweiten Fall hemmte in einem Modell der Entzündungsreaktion auf proximale tubuläre Epithelzellen das Ausschalten von Rab27a die übermäßige Entzündungsreaktion über den CHAC1/NF-κB-Weg. Dies lag an der intrazellulären Akkumulation von miR-26a, die dadurch die Entwicklung von Diabetes verzögerteNierenerkrankung [52].

3.2. Rab-3A/Rabphilin-3A-Komplex inNierenerkrankung

In genetischen Assoziationsstudien identifizierte unsere Gruppe SNPs, die mit dem Risiko für die Entwicklung einer Mikroalbuminurie in Verbindung stehen, indem sie kombinierte genetische und metabolomische Daten aus einer Allgemeinbevölkerung verwendete und eine Assoziation zwischen einem Polymorphismus des RPH3A-Gens und UAE fand [60]. Kürzlich wurden in Daten aus der Strong Heart Study insgesamt 277 Varianten in den Genen RPH3A, RPH3AL (Rabphilin 3A-like), RAB3IL1 (RAB3A-interagierendes Protein-like 1) und RAB27A annotiert, die für die Assoziationsanalyse mit der VAE- und GFR-Progression verfügbar waren im Laufe der Zeit. Unter Verwendung von Mixed-Effects-Modellen zur Berücksichtigung der familiären Verwandtschaft und Anpassung an potenzielle Confounder zeigten Polymorphismen bei RAB3IL1 und RPH3A einen naheliegenden signifikanten Zusammenhang mit dem Fortschreiten der VAE- und GFR-Spiegel (unveröffentlichte Daten). Darüber hinaus zeigte auch eine frühere Studie aus der Framingham-Kohorte einen Zusammenhang zwischen den VAE und RPH3A [61].

2003 haben Rastaldi et al. untersuchten Rph3A und Rab3A als mögliche Akteure in der Podozytenbiologie. Basierend darauf, dass Rph3A an Rab3A bindet, ist es ein Komplex, der für das Andocken von synaptischen Vesikeln an ihre Zielmembran erforderlich ist und der an Zytoskelettproteine ​​in Neuronen bindet, vesikal und zytoskelettal sind auch wichtig für die Homöostase von Podozyten [47]. Der Komplex Rab3A-Rph3A wurde in Neuronen und neuroendokrinen Strukturen sowie in normalen nachgewiesenNierenvon Mäusen, Ratten und Menschen in Podozyten um Vesikel, die in den Fußfortsätzen enthalten sind [62,63]. Darüber hinaus wurde in humanen Biopsien von proteinurischen Patienten mit fokaler und segmentaler Glomerulosklerose auch ein Anstieg der Rab3A-Rph3A-Expression identifiziert [47]. Die potenzielle Rolle dieser Moleküle inNieren-Der Schaden wurde von der gleichen Gruppe in einem Modell von Rab3A-Knockout-Mäusen mit hoher Glukosediät weiter untersucht. Die Knockout-Mäuse entwickelten eine veränderte Podozyten-Aktin-Plastizität mit Podozytenschädigung und Proteinurie. Darüber hinaus im Modell mit einer glukosereichen Ernährung,Nieren-ähnliche Läsionen wie bei der humanen diabetischen Nephropathie wurden entwickelt [64].

Unsere Gruppe hat in jüngsten Arbeiten identifiziert, dass Rph3A exprimiert und mit molekularen Markern von endozytischen und exozytischen Signalwegen in perikardialen Nephrozyten von Drosophila melanogaster kolokalisiert wird. Nephrozyt ist eine Zelle, die Podozyten und kombiniertNieren-Der proximale Tubulus funktioniert und ist an der Entfernung von Abfallprodukten aus der Hämolymphe und den Malpighian-Tubuli beteiligt, eine Struktur, die als analog zu der angesehen wirdNieren-tubuläres System [48]. Es gibt zwei unterschiedliche Nephrozytenpopulationen: die Girlandenzellen-Nephrozyten um die Speiseröhre (zweikernig) und die Perikard-Nephrozyten (einkernig), die sich entlang des Herzens befinden und sowohl funktionell, strukturell als auch molekular den menschlichen Podozyten ähnlich sind [65].

Mehrere Studien zeigen, dass der endozytische Weg eine wichtige Rolle bei der Entwicklung, Erhaltung und Schädigung des Podozyten spielt und zu Veränderungen in der Zellmorphologie führen kann [66–68]. Rph3A-Interferenz reduziert die Expression von Rab3a und das Drosophila-Ortholog des Transkriptionsfaktors Krüppel-like factor 15 (KLF15) ist ein Zinkfinger-Transkriptionsfaktor, der in den Glomeruli und interstitiellen Zellen stark exprimiert wird. Es hat eine schützende Rolle in proteinurischen Modellen, indem es Tubus- und Podozytenverletzungen reduziert,Nieren-Fifibrose und mesangiale Läsion. Diese reduzierten Verletzungsniveaus fördern eine Veränderung der Endozytosewege, die letztendlich das Zellschicksal verlieren [69]. Ein morphologischer Einfluss auf Nephrozyten wurde auf mehreren Ebenen beobachtet: (a) Zerstörung der Basalmembran und (b) Modifikationen des Zytoskeletts, die zum Fehlen labyrinthartiger Kanäle und zum Verlust von Nephrozyten führen (Abbildung 2).

Die Rph3A-Interferenz beeinflusst auch die Expression von Genen, die direkt an der Struktur und Funktion der Nephrozyten beteiligt sind. Die Proteine ​​Sns und Kirra, humanes Nephrin bzw. neph1-Orthologe, die über ihre extrazellulären Domänen interagieren, um das Nephrozytendiaphragma zu bilden [70], werden reduziert (stummgeschaltet). Das Fehlen der Sns-Expression führt zu einer dramatischen Verringerung der Nephrozytenzahl, was mit neueren Studien übereinstimmt, die die Bedeutung von zytoplasmatischem Sns bei der Regulierung der Aktinorganisation innerhalb der Nephrozyten dokumentiert haben [71]. Darüber hinaus wird auch das Cubilin-Amnionless-System, das für die Endozytose kleiner Proteine ​​über die labyrinthischen Kanäle verantwortlich ist [72], von der Rph3A-Interferenz beeinflusst. Die Verringerung der Proteinaufnahme durch die Nephrozyten resultiert aus einer Verringerung der Cubilin-Expression und des vesikulären Transports, die durch niedrige KLF15-Spiegel beeinflusst werden [48] (Abbildung 2). Beide Systeme, Sns-Proteine ​​und Cubillin-Proteine, können durch eine Verringerung der Genexpression oder eine Fehllokalisierung einer ihrer Komponenten verändert werden. Unsere Studie hebt die Rolle der reziproken Regulation zwischen Zytoskelettkomponenten und Nephrozytendiaphragmaproteinen als wesentlich für die größen- und ladungsabhängige Filtration hervor und liefert Daten, die die früheren Ergebnisse im Rab3A-Knockout-Mäusemodell unterstützen, das Proteinurie und induzierteNieren-Insuffizienz [64].

Gleichzeitig hat unsere Gruppe den Einfluss von hoher Glukose und Angiotensin II auf das Rab3A-Rph3A-System in menschlichen immortalisierten Podozyten und in Pellets von Urinzellen von Patienten mit Bluthochdruck und Diabetes analysiert [73]. Unsere Ergebnisse legten nahe, dass das Rab3A-Rph3A-System an den in verletzten Podozyten beobachteten Veränderungen beteiligt sein könnte und dass ein Mechanismus aktiviert werden könnte, um Schäden durch die von diesem System gesteuerte Verbesserung des vesikulären Transports zu reduzieren. Schließlich ergaben vorläufige Daten unserer Gruppe, dass Rph3A auch in den Drosophila-Myokardiozyten exprimiert wird und dass das Rph3A-Silencing einen starken Einfluss auf die Organisation von Fasern und funktionelle Herzparameter hatte [74]. Zusammenfassend spielt das Rab3A-Rph3A-System eine Rolle beiNiereSchadensmechanismen. Ob es bei begleitender Organdysfunktion eine Rolle spielen könnte oder nicht, wird zu einem attraktiven Forschungsgebiet, das in Zukunft Aufmerksamkeit erfordert.

4. Schlussfolgerung

Rab-GTPasen sind Proteine, die den interkompartimentellen Transport von Vesikeln vermitteln, die Ladungen in und aus Zellen und Organellen transportieren. Rabs spielen eine vorherrschende Rolle bei der Regulierung des Vesikeltransports in Zellen, die für viele zelluläre Prozesse, wie Zellproliferation, Zellernährung, angeborene Immunantwort, Mitose und Apoptose, von wesentlicher Bedeutung sind. Daher sind Rabs potenzielle molekulare Ziele bei mehreren Erkrankungen wie Krebs, kardiovaskulären Erkrankungen, immunologischen Störungen und neurodegenerativen Erkrankungen. Die Auswirkungen einer veränderten Rabs-Expression sind jedoch in bestimmten Organen weniger bekannt, in denen der Vesikelverkehr eine hohe Relevanz für ihre Struktur und Funktion hat, wie z. B. in denNiere.Jüngste Studien haben die Bedeutung des Rab3A-Rph3A-Komplexes für die Morphologie, den Zellverlust und die Fifiltrationsfunktion in derNiere. Auch kürzlich im Herzen von Drosophila, was es zu einem neuen molekularen Akteur in der Pathogenese von machtNieren-und kardialer Dysfunktion und ist ein aktuelles Interessengebiet mit potentiellen therapeutischen Anwendungen. Zum jetzigen Zeitpunkt bleiben mehrere Fragen zum genauen Wirkungsmechanismus unbeantwortet und bedürfen zukünftiger Forschung.

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