Rolle von Plectin bei myofibrillären Myopathien

Epidermolysis bullosa (EB)-MD, verbunden mit progressiver Muskelschwäche und schweren Hautschäden, ist die häufigste durch Plectindefekt veursachte Krankheit. Unsere früheren Studien haben gezeigt, dass die 4 Hauptformen von Plectin eine entscheidende Rolle bei der Erhaltung der Funktionsfähigkeit von Muskelfasem spielen, da sie Desmin Intermediärfilament- Netze an Z-Disks, Coslameren, Mitochondrien und dem Kem/ER- Membransystem verankem. EB-MD Patienten und Plectin-defiziente Mäuse weisen die fiir MFM charakteristische massive Desminaggregation und schwere Funktionsstörungen der Mitochondrien auf. Ziel dieses Projektantrags ist es, i) die mechanistischen Zusammenhänge zwischen dem Zusammenbruch des Desminnetzes, der Proteinaggregafion und der durch Plectin (Isoform)-Defizienz hervorgerufenen Mitochondrien-Dysfunktion zu untersuchen; ii) die Desmin-Plecfin Schnittstelle und das Desmin-Targeting durch verschiedene Plectin-lsoformen zu bestimmten Substrukturen von Herzmuskelfasem auf molekularer Ebene zu analysieren und iii) den molekularen Mechnismus aufzuklären, der dem Zusammenbruch des IF-Netzes und der durch Plectin lnsl6-Mutation in vilro hervorgemfenen Mitochondrien-Dysfiinktion zugrunde liegt, sowie ein entsprechendes knock-in Mausmodell zu generieren, seine myopathologische Charakterisierung vorzunehmen und mit anderen MFM und verwandten Myopathien zu vergleichen.

Das weitverbreitete, multifunktionelle Cytolinker-Protein Plectin (vor 30 Jahren im Labor des Projektleiters entdeckt) ist von essentieller Bedeutung für die Integrität und Cytoarchitektur von Muskelfasern. Patienten, die an der auf Plectin-Insuffizienz beruhenden Krankheit Epidermolysis Bullosa Simplex mit Muskulärer Dystrophie (EBS-MD) leiden, sowie Plectin-defiziente Mäuse zeigen pathologische Proteinaggregation und Auflösung des kontraktilen Apparats, die als Markenzeichen für myofibrilläre Myopathien (MFM) gelten. Eines der Hauptziele des Projekts war es, immortalisierte Muskelzell-Linien herzustellen, die es ermöglichen, die Pathogenese von Plectinopathien ex vivo auf molekularer und Einzelzell-Ebene zu untersuchen. Derartige von uns hergestellte Plectin-defiziente Zell-Linien waren voll funktionsfähig und spiegelten die pathologischen Eigenschaften von EBS-MD Muskelfasern wider, einschließlich der Präsenz von Proteinaggregaten und Desintegration des kontraktilen Apparats. Unter Verwendung unserer Zellmodelle konnten wir zeigen, dass Plectin-Defizienz zu übersteigerter Intermediärfilament-Netzwerk- und Sarkomerdynamik, einer erhöhten Synthese von Hitzeschock-Proteinen, sowie verminderter Widerstandsfähigkeit von Myotuben gegen mechanische Belastung führt. Da noch keine spezifischen Therapieansätze oder Behandlungsmethoden von Plectinopathien oder anderen Formen von MFM verfügbar sind, erprobten wir chemische Chaperone. Es zeigte sich, dass eines von ihnen, 4-Phenylbutyrat, zu einer bemerkenswerten Verbesserung des pathologischen Zustands sowohl von Plectin-defizienten Zellen (Myotuben) als auch Plectin-defizienten Mäusen führt. Unsere Studie brachte damit den Beweis für die biologische Relevanz von MFM-Zellmodellen und zeigte das Potential solcher Modelle zur Entwicklung von Therapieansätzen für EBS-MD auf. (Diese Studie wurde in der renommierten Fachzeitschrift Journal of Clinical Investigation publiziert). Mehrere Gruppen des Forschergruppenkonsortiums, zu dem unser Projekt beiträgt, sowie einige externe internationale Forschergruppen benützen bereits die von uns entwickelten Zellsysteme, oder setzen die entsprechende Methodik zur Herstellung ähnlicher Modelle in ihrer Forschung ein.Ein weiterer Höhepunkt unseres Projekts war eine Studie die zeigte, dass Intermediärfilamente in Kombination mit Plectin bei der Übertragung mechanischer Reize (mechanosensing), die auf die Zelle von außen ausgeübt werden, eine wichtigen Rolle spielen. Mechanismen dieser Art sind für die kontrollierte Zellfortbewegung und Tumorprogression von fundamentaler Bedeutung (veröffentlicht in FASEB Journal). Ferner konnten wir in Zusammenarbeit mit einer amerikanischen Forschergruppe zeigen, dass Plectin eine gänzlich unerwartete Rolle bei der Pathogenese des duktalen Adenokarzinom des Pankreas, und möglicherweise bei anderen Arten von Krebs, spielt (veröffentlicht in Proc. Natl. Acad. Sci. USA; APA-Presseaussendung). Während der Laufzeit des Projekts (2010-2014) publizierten wir in Summe 12 Originalartikel (davon ~2/3 direkt Projekt-relevant) und 6 Review-Artikel/Buchkapitel.