Intact apical-basal cell polarity is one of the mandatory requirements of proper cell and tissue development. Especially for more complex cell types, accurate cell function depends significantly on correct establishment of cell polarity. In the last two decades, Drosophila nephrocytes have been well established as model system for mammalian podocytes, one of the key components of kidney function. ...
Zusammenfassung (Englisch)
Intact apical-basal cell polarity is one of the mandatory requirements of proper cell and tissue development. Especially for more complex cell types, accurate cell function depends significantly on correct establishment of cell polarity. In the last two decades, Drosophila nephrocytes have been well established as model system for mammalian podocytes, one of the key components of kidney function. The main focus of podocyte research has been laid on the slit diaphragm, the core element of the podocyte filtration barrier, but the complexity of this cell type leaves many more questions unanswered.
It has been shown that there is a direct connection of slit diaphragm proteins Nephrin and NEPH1 with apical polarity proteins aPKC and Par3/ Bazooka (Baz). This work is a step towards a better understanding of the role of polarity proteins in Drosophila nephrocyte development and function.
The effects of single knockdown of the apical Par complex proteins aPKC, Par6, or Baz, as well as the basal polarity proteins Par1, Dlg, and Lgl was investigated regarding the localization of interacting proteins, GFP filtration/ accumulation functionality of the mutant nephrocyte cells and ultrastructural modifications of the cell architecture.
Single knockdown of the apical Par-complex proteins aPKC, Par6, or Baz revealed alterations in the localization of the remaining complex proteins. Additionally, the nephrocyte diaphragm proteins Sns (Nephrin homolog) and Kirre (NEPH1 homolog) were also mostly mislocalized in these experiments. Nephrocyte functionality in these specific knockdown cells was impaired in varying stages of severity. Functionality was decreased from 40% to over 90% in apical and basal polarity knockdown cells, with one exception for lgl-RNAi, showing a gain-of-function effect in functionality.
On the ultrastructural level, the knockdown of either one apical (aPKC, Par6, Baz) or one basal (Dlg, Par1) polarity protein resulted in modification or reduction of the typical cellular nephrocyte structures such as the number of nephrocyte filtrations slits or the manifestation of the peripheral lacuna area. In general, at least one typical nephrocyte feature was undeveloped in RNAi-knockdown mutant cells. Moreover, nephrocytes expressing Baz5xA, which cannot be phosphorylated by aPKC, displayed defects in function and ultrastructure.
Apical-basal polarity proteins play an important, still scarcely described role in nephrocyte development. The interaction of polarity proteins among each other and with components of other pathways are crucial for correct establishment of the cellular architecture and specific functional features of the nephrocyte cell.
Übersetzung der Zusammenfassung (Deutsch)
Die korrekte Entwicklung von Zellen und Geweben setzt eine intakte apikal-basale Zellpolarität voraus. Gerade komplexere Zelltypen sind ihrer Funktionalität von der korrekten Ausrichtung der Zellpolarität abhängig. In den letzten beiden Jahrzehnten wurde der Drosophila Nephrozyt als Modellsystem für den Säugetier-Podozyten, einen besonderen Zelltyp der Niere mit bedeutender Schlüsselfunktion, ...
Übersetzung der Zusammenfassung (Deutsch)
Die korrekte Entwicklung von Zellen und Geweben setzt eine intakte apikal-basale Zellpolarität voraus. Gerade komplexere Zelltypen sind ihrer Funktionalität von der korrekten Ausrichtung der Zellpolarität abhängig. In den letzten beiden Jahrzehnten wurde der Drosophila Nephrozyt als Modellsystem für den Säugetier-Podozyten, einen besonderen Zelltyp der Niere mit bedeutender Schlüsselfunktion, erfolgreich etabliert. Die Podozytenforschung konzentrierte sich bisher hauptsächlich auf die Schlitzmembran, das Kernelement der Podozyten-Filtrationsbarriere in der Niere.
So wurde bereits gezeigt, dass eine direkte Verbindung der Schlitzmembran-Proteine Nephrin und NEPH1 mit den apikalen Polaritätsproteinen aPKC und Par3/ Bazooka (Baz) besteht. Diese Arbeit leistet einen Beitrag dazu, die Rolle der Polaritätsproteine in der Entwicklung und Funktionsweise von Drosophila Nephrozyten besser zu verstehen.
Hierzu wurden die Effekte von einzelnen Knockdowns der apikalen Par-Komplex-Proteine aPKC, Par6 oder Baz, sowie der basalen Polaritätsproteine Par1, Dlg und Lgl hinsichtlich der Lokalisierung interagierender Proteine, der Filtrations-/Akkumulations- Funktionalität der mutanten Nephrozytenzellen und der ultrastrukturellen Modifizierungen der Zellarchitektur untersucht.
Das separate Herabregulieren der apikalen Par-Komplex-Proteine aPKC, Par6 und Baz führte zu Veränderungen in der Lokalisation der verbleibenden Proteine des Komplexes. Zudem waren in diesen Experimenten die Nephrozyten-Filtrationsmembranproteine Sns (Nephrin-Homolog) und Kirre (NEPH1-Homolog) ebenfalls fehllokalisiert. Darüber hinaus war die Funktionalität in diesen Knockdown-Zellen auf unterschiedlich starke Weise eingeschränkt. In den meisten Fällen wurde die Funktionalität um 40% bis über 90% eingeschränkt, mit der Ausnahme von lgl-RNAi, bei deren Knockdown ein funktionaler gain-of-function Effekt gezeigt wurde.
Auf ultrastruktureller Ebene resultierte der Knockdown einzelner apikaler (aPKC, Par6, Baz) oder basaler (Dlg, Par1) Polaritätsproteine in der Modifizierung oder Reduzierung von zellulären Strukturen wie die Anzahl der Nephrozyten-Filtrationsschlitzmembrane oder die Ausprägung des peripheren Lakunenareals. In der Regel war in diesen Knockdown-Zellen mindestens eines der typischen Nephrozytenmerkmale unter-entwickelt. Außerdem zeigten Nephrozyten, die ein durch aPKC nicht phosphorylierbares Baz5xA exprimierten, Defizite in Funktionalität und Ultrastruktur.
Apikal-basale Polarität spielt eine wichtige, jedoch bislang kaum beschriebene Rolle in der Entwicklung von Nephrozyten. Die Interaktionen der Polaritätsproteine untereinander und mit Komponenten anderer Signalwege sind sowohl für die korrekte Errichtung der zellulären Architektur, als auch den Aufbau der besonderen funktionalen Eigenschaften der Nephrozytenzellen entscheidend.
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