Transgene Mausmodelle für die hereditäre spastische Paraplegie Typ 31 und axonale Degeneration
Final Report Abstract
Die genetische Vielfalt erblicher Axonopathien verdeutlicht, dass der lebenslange Erhalt des Axons sehr komplex und anfällig ist. Bei den spastischen Spinalparalysen (hereditary spastic paraplegis, HSPs) sind vor allem die Axone der oberen Motoneurone von einer postnatal beginnenden, progredienten Degeneration betroffen. Diese Erkrankungsgruppe gilt daher als ideales Modell, um die Voraussetzungen für den Erhalt axonaler Integrität spezifisch zu untersuchen. Mutationen in REEP1 führen zu einer autosomal-dominant vererbten Form der HSP. Im vorliegend beschriebenen Projekt wurde mittels einer klassischen Cre/lox Strategie eine Mauslinie generiert, in der das murine Homolog Reep1 ausgeschaltet ist. Heterozygote und homozygote Tiere sind lebensfähig und fertil, entwickeln jedoch ab einem Alter von 4-5 Monaten einen stetig schwerer werdenden Bewegungs-Phänotyp. Detaillierte Untersuchungen (Motorik, Histologie, Entwicklung etc.) charakterisierten den Reep1 knockout als auf allen Ebenen valides HSP-Modell. In parallel durchgeführten Arbeiten wurde die anfangs widersprüchliche Datenlage bezüglich Expression des Gens und subzellulärer Lokalisation des Proteins adressiert. Sich methodisch ergänzende Untersuchungen zeigten, dass Reep1 ein ausschließlich neuronal exprimiertes Gen ist, dessen Proteinprodukt in Membranen des endoplasmatischen Retikulums (ER) lokalisiert. Verschiedene Mutationen mit distinkten klinischen Konsequenzen verändern diese Lokalisation in unterschiedlicher Weise. In umfangreichen Experimenten wurden außerdem biochemisch-biophysikalische Eigenschaften von rekombinanten REEP1 Proteins definiert. Es wurde gezeigt, dass REEP1 die intrinsische Fähigkeit zur Bindung an bzw. Integration in biologische Membranen besitzt. Diese Assoziation geht mit einer starken Krümmung der Membranen einher, welche in elektronenmikroskopischen endstage-Aufnahmen aber auch durch lichtmikroskopische live-Aufnahmen dokumentiert wurde. Es konnte außerdem nachgewiesen werden, dass eine zentrale hydrophobe Domäne in REEP1 für diesen Effekt verantwortlich ist. Basierend auf diesen Erkenntnissen wurde die Ultrastruktur des neuronalen ER in Abhängigkeit vom Genotyp untersucht. Es zeigte sich eine Dosis-abhängige Reduzierung der Komplexität dieses Organells. Die strukturelle Änderung geht mit dem teilweisen Verlust der Fähigkeit einher, adäquat auf exogen induzierten ER-Stress zu reagieren. Die beschriebenen Untersuchungen verknüpfen zum ersten Mal das Vorliegen einer Mutation in einem Axonopathie-assoziierten Gen mit strukturellen und funktionellen ER-Defekten. Gleichzeitig liefern sie eine mechanistische Erklärung für diese Beobachtung. Sie stellen somit einen wichtigen Schritt zum Verständnis der Voraussetzungen für das Langzeitüberleben von Axonen dar. Darüber hinaus repräsentiert das hier generierte Tiermodell ein potentiell wertvolles Werkzeug nicht nur für die Entwicklung, sondern perspektivisch auch für das Testen therapeutischer Strategien für Axonopathien.
