Understanding the structure-function relationship of HPRT1 missense mutations in association with Lesch-Nyhan disease and HPRT1-related gout by in silico mutational analysis.

The nucleotide salvage pathway is used to recycle degraded nucleotides (purines and pyrimidines); one of the enzymes that helps to recycle purines is hypoxanthine guanine phosphoribosyl transferase 1 (HGPRT1). Therefore, defects in this enzyme lead to the accumulation of DNA and nucleotide lesions and hence replication errors and genetic disorders. Missense mutations in hypoxanthine phosphoribosyl transferase 1 (HPRT1) are associated with deficiencies such as Lesch-Nyhan disease and chronic gout, which have manifestations such as arthritis, neurodegeneration, and cognitive disorders. In the present study, we collected 88 non-synonymous single nucleotide polymorphisms (nsSNPs) from the UniProt, dbSNP, ExAC, and ClinVar databases. We used a series of sequence-based and structure-based in silico tools to prioritize and characterize the most pathogenic and stabilizing or destabilizing nsSNPs. Moreover, to obtain the structural impact of the pathogenic mutations, we mapped the mutations to the crystal structure of the HPRT protein. We further subjected these mutant proteins to a 50 ns molecular dynamics simulation (MDS). The MDS trajectory showed that all mutant proteins altered the structural conformation and dynamic behavior of the HPRT protein and corroborated its association with LND and gout. This study provides essential information regarding the use of HPRT protein mutants as potential targets for therapeutic development

Immunprivileg des Auges: Ca2+ -Signaling der äußeren Blut-Retina-Schranke

Ca2+ fungiert als elementares Signalmolekül der Zelle. Der zeitliche und räumliche Verlauf eines Ca2+-Signals bestimmt seine Wirkung auf die Zellfunktion. Wesentliche, durch Ca2+ gesteuerte Funktionen des RPE sind Ionentransport, Phagozytose von Photorezeptoraußensegmenten und Sekretion. In der vorliegenden Arbeit wurde das Verständnis der komplexen Vorgänge des Ca2+-Signaling im RPE wesentlich verbessert. Die Modulation von 2 Ionenkanälen, die den Ca2+-Spiegel in RPE Zellen erhöhen, TRPV2 und CaV1.3, wurde beleuchtet. Hier kam es zu erhöhter Membranoberflächenexpression sowie Veränderungen wesentlicher elektrophysiologischer Parameter wie Stromdichte und Aktivierungspotential. Zudem wurden mit Ano2 und Ano4 molekulare Korrelate für den Ca2+-abhängigen Cl--Kanal bzw. Ca2+-abhängigen Kationenkanal in der basolateralen Membran des RPE identifiziert. Als Ca2+-abhängige Mechanismen wurde neben dem Ionentransport ein Fokus auf die Sekretion von pro-angiogenen und pro-inflammatorischen Komponenten VEGF-A und PGF gelegt. Somit konnte eine Brücke geschlagen werden von der Analyse zellphysiologischer Mechanismen zu Pathomechanismen bei verschiedenen retinalen Erkrankungen mit inflammatorischer und angiogener Komponente wie zum Beispiel diabetischer Retinopathie (DR) und Altersabhängiger Makuladegeneration (AMD). Das RPE fungiert hier als „educational barrier“: bei Inflammation kommt es nicht zum Versagen der Barriere, sondern vielmehr zu einer orchestrierten Reaktion, bestehend aus ionalen und zellulären Mechanismen. Autokrine und endokrine Sekretion von proinflammatorischen und pro-angiogenen Faktoren spielt hier ebenso eine Rolle wie die Interaktion mit zellulären Komponenten der angeborenen und adaptiven Immunantwort. Hieraus leitet sich die Notwendigkeit ab zukünftige Therapiestrategien für DR und AMD nicht primär auf die Effektoren wie Endothelzellen oder Entzündungszellen zu konzentrieren, sondern die pathophysiologischen Prozesse im Zentrum, dem RPE zu adressieren/modulieren