Zelluläre Mechanismen von Desminopathien: Segregation, Aggregation und Proteostase von Desmin-Mutanten in Muskelzellen und Geweben

• Antragsteller: Professor Dr. Harald Herrmann; Professor Dr. Rolf Schröder
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 320437777

Mutationen des humanen Desmin-Gens auf Chromoson 2q35 (DES) versursachen autosomal dominante, rezessive und sporadische Proteinaggregations-Mypathien und Kardiomyopathien. Desmin ist ein Intermediärfilament-Protein, das eine essentielle Komponente des extra-sarkomeren Zytoskeletts in quergestreiften Muskelzellen ist. Unsere früheren Arbeiten zeigten, daß einzelne Desmin-Mutationen unterschiedliche funktionelle Konsequenzen auf den komplexen Assemblierungsprozeß von Desmin-Filamenten ausüben.In bezug auf die Desminopathien beim Menschen ist es jedoch bisher unklar, ob die molekulare Pathogenese auf einer, oder einer Kombination der folgenden drei Szenarien beruht: einer neuen, toxischen Funktion des mutierten Desmins, dem Verlust einer der Funktionen des normalen Desmins und/oder auf dem Einschluß von desmin-assoziierten und anderen wichtigen zellulären Faktoren in die Aggregate beruht.Um die Krankheitsmechansimen zu studieren, haben wir R349P-Desmin-knock-in Mäuse generiert, die das Ortholog der häufigsten humanen Desmin-Mutation R350P exprimieren. Durch Kreuzung dieser Tiere mit p53-knock-out Mäusen haben wir ferner die ersten immortalisierten hetero- und homozygoten R349P-Muskelzelllinien generiert, die sich effizient in Myotuben differenzieren lassen. Basierend auf diesen Maus- und Zell-Modellen streben wir nun die Aufklärung der zellulären Mechanismen an, die eine Segregation von normalem und mutiertem Desmin bedingen sowie den Desmin-Aggregationsprozeß selbst als auch die Proteostase in quergestreiften Muskelzellen und Geweben ausmachen. Durch eine Kombination von biochemischen und zellbiologischen Ansätzen werden wir die folgenden Kernfragen adressieren: 1. Welche zellulären Faktoren vermitteln die Bildung von funktionstüchtigen tetrameren Komplexen von Desmin? 2. Werden von mutiertem Desmin dieselben oder andere Faktoren rekrutiert? 3. Welche Faktoren sind an der Trennung des normalen vom mutierten Desmin beteiligt? 4. Wie sind die zellulären Proteolyse-Systeme an die spezifische Prozessierung von normalem und mutiertem Desmin geknüpft? Über die Aufklärung der initialen Schritte der molekularen Pathologie soll unsere Studie die Basis für neue und zielgerichtete Behandlungsstrategien eröffnen. Darüber hinaus liefert die geplante Studie eine Grundlage und ein Modell für die Vorgehensweise hinsichtlich der Charakterisierung neuer Desmin-Mutanten und ihrer Rolle in der Verursachung von Desminopathien.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen