Durchtrennung der Titinfeder im lebenden Herzen durch AAV9-vermittelten Gentransfer in einem genetischen Mausmodell zur Bestimmung des Zusammenhangs zwischen Titin-basierter mechanischer Funktion und Herzleistung

• Antragsteller: Professor Dr. Wolfgang Linke
• Fachliche Zuordnung: Anatomie und Physiologie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 529713662

Das von TTN codierte riesige Sarkomerprotein Titin ist wichtig für die Struktur und Funktion der Kardiomyozyten und ist bei Herzerkrankungen, z.B. Herzinsuffizienz und Kardiomyopathien, pathologisch verändert. Titin enthält ein elastisches Segment im I-Band des Sarkomers, das vermutlich für den Hauptteil der Viskoelastizität einer Kardiomyozyte und teilweise für die passive Myokardsteifigkeit verantwortlich ist, sowie die aktive Kontraktion reguliert. Allerdings war es bisher schwierig, die Rolle der Titinfeder im Herzen direkt zu beurteilen. Die Arbeitsgruppe hat in Vorarbeiten ein genetisches Mausmodell entwickelt, in dem eine Protease-Erkennungsstelle des Tabakätzvirus (TEV) und ein HaloTag in das elastische Titin kloniert wurden. Dieses titin cleavage (TC) Modell ermöglicht die spezifische und akute Durchtrennung der Titinfedern in situ durch Anwendung der TEV-Protease (TEVp), während das HaloTag zur Titin-Visualisierung verwendet werden kann. Hier wird nun die Hypothese aufgestellt, dass die Titin-basierten Federkräfte die diastolische und die systolische Funktion des Herzens entscheidend bestimmen, was durch die in-vivo-Titinspaltung im TC-Mausmodell aufgedeckt werden soll. Dazu wird die Titinfeder in heterozygoten und homozygoten mutanten TC-Mäusen über Adeno-assoziierte Virus (AAV)9-vermittelte Überexpression von TEVp in den Kardiomyozyten abgestuft durchtrennt. Änderungen der kardialen mechanischen Eigenschaften, die durch die Titindurchtrennung in vivo verursacht werden, sollen am lebenden Herzen durch Echokardiographie und Magnetresonanztomographie sowie an isolierten Kardiomyozyten oder Herztrabekeln durch Messung der Sarkomerlängen-Spannungs-Beziehungen oder mittels Rasterkraftmikroskopie (AFM) basierter Nanoindentation ermittelt werden. Zu den spezifischen Zielen gehört die Quantifizierung: (1) von Änderungen der Laufaktivität und Herzfunktion des lebenden Tieres nach abgestufter in-vivo-Titinspaltung; (2) von damit verbundenen Änderungen der mechanischen und strukturellen Eigenschaften der Herzfasern und Kardiomyozyten, einschließlich der dehnungsabhängigen passiven Spannung in Längs- und Querrichtung, der Ca2+-abhängigen aktiven Spannung und der mikroskopisch beurteilbaren (sub)zellulären Organisation; und (3) des Ausmaßes von Abbau, Aggregation und Turnover des Titins in nativen Kardiomyozyten nach Titinspaltung. Die im Projekt erwarteten Ergebnisse sollten den kausalen Zusammenhang zwischen Titin-basierter Zellfunktion und in-vivo-Leistung des Herzens herstellen. Wichtige Einblicke in das Zusammenspiel zwischen passiver Steifheit und aktiver Spannungserzeugung bzw. diastolischer und systolischer Herzfunktion können gewonnen und viel über die Homöostase von Sarkomerproteinen gelernt werden. Die Ergebnisse werden auch unserem mechanistischen Verständnis des Myokard-Umbaus bei bestimmten Herzerkrankungen dienen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen