Polycystin-1

Polycystin-1 (PKD-1) ist ein Glykoprotein, das im Körper vieler Wirbeltiere vom PKD1-Gen kodiert wird. Es spielt eine wichtige Rolle beim Krankheitsbild Zystenniere.

Polycystin-1 besteht aus 4303 Aminosäuren^[2] und hat eine Molekülmasse von etwa 460 kDa. Sein Aufbau lässt sich in drei Bereiche untergliedern:

• eine extrazelluläre N-terminale Region
• elf transmembranöse Domänen
• ein cytoplasmischer C-Terminus

Die extrazelluläre Region besteht aus über 2500 Aminosäuren. Die bilden sich wiederholende Leucin-reiche Einheiten, einen Bereich aus C-Type Lecitin, 16 Immunglobulin-ähnliche sich ebenfalls wiederholende Bereiche und vier Typ III Fibronectin-verwandte Domänen.^[3]

Polycystin-1 spielt bei dem Aufbau der Nierenkanälchen (tubuli) eine wichtige Rolle. Mutationen im PKD1-Gen, das Polycystin-1 kodiert, stehen in unmittelbarer Verbindung zur autosomal-dominanten Zystenniere (ADPKD), der häufigsten lebensbedrohlichen Erbkrankheit beim Menschen. In 85 % aller ADPKD-Erkrankungen ist eine Mutation in PKD1 die Ursache. Bei den restlichen 15 % ist PKD2, das Polycystin-2 kodiert, der Ausgangspunkt für die ADPKD. Polycystin 1 ist multifunktional und die meisten Funktionen des Glycoproteins im Organismus sind noch unbekannt. Es spielt unter anderem bei der Reifung von Epithelzellen und bei der Aufrechterhaltung der renalen epithelialen Differenzierung eine wichtige Rolle; ebenso bei der Organisation der Struktur der Nephrone im frühen fetalen Stadium. Auch ist eine Beteiligung an Zell-Zell- und Zell-Matrix-Interaktionen nachgewiesen.^[4]

Polyzystin-1 enthält zwei leucin-reiche Wiederholungseinheiten (Leucine-Rich Repeats, LRR), die von zwei cystein-reichen Bereichen flankiert werden. LRRs finden sich bei Proteinen, die an Protein-Protein-Interaktionen beteiligten. Polyzystin-1 erhält nur wenige LRRs. Zusammen mit anderen Proteinen bildet es eine hufeisenförmige Struktur um RNase A zu binden. Die LRRs des Polyzystin-1 modulieren des Weiteren die Bindung an Kollagen I, Fibronektin und Laminin. Die LRRs haben offensichtlich im Fall der Bindung an Laminin eine proliferationshemmende Wirkung, was wiederum Fehllokalisationen von Membranproteinen und Veränderungen der extrazellulären Matrix bewirken kann.^[5]

Zusammen mit Polycystin-2 bewirkt Polycystin-1 die Produktion von calciumpermeablen, nicht selektiven Kationenkanälen. Zusammen spielen beide Proteine eine wichtige Rolle in der Wachstumsregulation. Polycystin-2 ist dabei ein wichtiger Cofaktor. Diese Interaktion erklärt auch, warum die Mutationen eines der beiden Gene (PKD1 oder PKD2) zum PKD-Phänotyp führen können.^[6]

Polycystin-1, beziehungsweise PKD1, wird in einer Reihe unterschiedlicher Gewebe exprimiert. Abgesehen von den bei einer ADPKD betroffenen Organen Nieren und Leber findet sich Polycystin auch in den folgenden Organen: Duodenum, Herz, Nebenniere, Lunge, Hoden und Thymus. Der Gehalt ist in der Großhirnrinde dreimal höher als in der Niere. In polyzystischen Nieren ist der Gehalt an Polycystin entsprechender mRNA zweimal höher als in normalen Nieren.^[7]

siehe Hauptartikel: PKD1

Polycystin-1 wird beim Menschen vom PKD1-Gen (polycystic kidney disease 1 (autosomal dominant)) auf Chromosom 16 Genlocus p13.3 kodiert.^[8]

1. ↑ C. Stayner und J. Zhou: Polycystin channels and kidney disease. In: Trends in Pharmacological Sciences 22, 2001, S. 543–546. PMID 11698076
2. ↑ S. Rosetti und P. C. Harris: Genotype–Phenotype Correlations in Autosomal Dominant and Autosomal Recessive Polycystic Kidney Disease. In: J Am Soc Nephrol 18, 2007, S. 1374–1380. PMID 17429049
3. ↑ J. Hughes u. a.: The polycystic kidney disease 1 (PKD1) gene encodes a novel protein with multiple cell recognition domains. In: Nature Genetics 10, 1995, S. 151–160. PMID 7663510
4. ↑ E. C. Kappe: Molekularbiologische Untersuchungen am PKD1-Gen der Katze. Dissertation, Justus-Liebig-Universität Giessen, 2008.
5. ↑ T. C. Burn u. a.: Analysis of the genomic sequence for the autosomal dominant polycystic kidney disease (PKD1) gene predicts the presence of a leucine-rich repeat. The American PKD1 Consortium (APKD1 Consortium). In: Hum. Mol. Genet. 4, 1995, S. 575–582. PMID 7633406
6. ↑ A. K. Bhunia u. a.: PKD1 induces p21(waf1) and regulation of the cell cycle via direct activation of the JAK-STAT signaling pathway in a process requiring PKD2. In: Cell 109, 2002, S. 157–168. PMID 12007403
7. ↑ C. J. Ward u. a.: Polycystin, the polycystic kidney disesae 1 protein, is expressed by epithelial cells in fetal, adult and polycystic kidney. In: PNAS 93, 1996, S. 1524–1528. PMID 8643665
8. ↑ genenames.org: PKD 1, eingesehen am 10. September 2008.

• P. D. Wilson: Polycystin: new aspects of structure, function, and regulation. In: J. Am. Soc. Nephrol. 12, 2001, S. 834–845. PMID 11274246
• A. Boletta A und G. G. Germino: Role of polycystins in renal tubulogenesis. In: Trends Cell Biol 13, 2004, S. 484–492. PMID 12946628
• T. Weimbs: Regulation of mTOR by polycystin-1: is polycystic kidney disease a case of futile repair? In: Cell Cycle 5, 2007, S. 2425–2429. PMID 17102641
• A. C. M. Ong u. a.: Coordinate Expression of the Autosomal Dominant Polycystic Kidney Disease Proteins, Polycystin-2 And Polycystin-1, in Normal and Cystic Tissue. In: Am J Pathol 154, 1999, S. 1721–1729. PMID 10362797