Rolle des mitochondrialen Proteins Pycr1 bei progeroiden Erkrankungen - Role of the mitochondrial protein Pycr1 in progeroid phenotypes
Final Report Abstract
Funktionsverlustmutationen in PYCR1 führen zu Cutis laxa mit progeroiden Zügen und intrauteriner Wachstumsretardierung. Das Genprodukt PYCR1 ist laut unseren Befunden ein mitochondriales Protein mit Sitz im Intermembranraum, das Pyrrolin-5-Carboxylat (P5C) unter NAD(P)H-Verbrauch in Prolin umwandelt. Wir konnten die mitochondriale Targetingsequenz identifizieren, die nicht der kanonischen Targetingsequenz entspricht. Somit befindet sich PYCR1 in unmittelbarer Nachbarschaft zum Enzym P5C Synthase, welches Pyrrolin-5-Carboxylat aus Glutamat erzeugt. Zusammen mit den Prolin abbauenden Enzymen Prolin Oxidase und P5C Dehydrogenase, die sich in der mitochondrialen Matrix befinden, bilden sie den sogenannten Prolin-Zyklus, der wahrscheinlich reduzierende Äquivalente (NAD(P)H) in Form von Prolin speichert und über die innere Mitochondrienmembran transportiert. Der Verlust von PYCR1 führt zu vermehrter Bildung von Laktat, wahrscheinlich mit dem Ziel, NAD+ bereitzustellen, wobei normalerweise PYCR1 eine wichtige Rolle spielt. Darüber hinaus verstärkt der Verlust von PYCR1 die Apoptose, auch ohne exogenen oxidativen Stress, was zu einer Verminderung der Zahl an Zellen führt, die extrazelluläre Matrix sezernieren können und somit den Cutis laxa Phänotyp bei Patienten mit PYCR1 Mutationen erklärt. Wir konnten erfolgreich ein Pycr1-/.- Mausmodell etablieren, das in wesentlichen Punkten den humanen Phänotyp nachstellt. Bemerkenswert ist, dass in fast allen Aspekten eine stärkere Ausprägung des Phänotyps in der juvenilen Phase (Alter 4 Wochen) zu sehen war. Die homozygoten Mutanten zeigten einen verringerten Hautdurchmesser, aber keine Veränderungen der dermalen extrazellulären Matrix. Das mitochondriale Netzwerk in Fibroblasten ohne Pycr1 Expression zerfiel sehr schnell unter oxidativem Stress. In Röhrenknochen war eine Osteopenie des trabekulären Knochens zu verzeichnen, die wahrscheinlich auf eine Störung der osteoblastären Linie zurückzuführen ist, was zu verminderten Osteozytenzahlen führt. Abnorme Faserdurchmesser waren die primäre Folge des Pycr1 Verlustes im Muskelgewebe. Langsame, vornehmlich aerob Energie gewinnende Muskelfasern waren signifikant überrepräsentiert. Vermutlich sind die anaerob Energie bereitstellenden schnellen Fasern stärker auf PYCR1 angewiesen. Ein Gehirnphänotyp konnte nicht festgestellt werden. Die milde Ausprägung des Phänotyps im Vergleich zu Menschen mit PYCR1 Mutationen geht vermutlich auf eine relativ stärkere Expression von Pycr2 v.a. in Haut, Knochen und Plazenta der Maus zurück.
Publications
- Genotype-phenotype spectrum of PYCR1-related autosomal recessive cutis laxa. Mol Genet Metab. 2013 Nov;110(3):352-61
Dimopoulou A1, Fischer B, Gardeitchik T, Schröter P, Kayserili H, Schlack C, Li Y, Brum JM, Barisic I, Castori M, Spaich C, Fletcher E, Mahayri Z, Bhat M, Girisha KM, Lachlan K, Johnson D, Phadke S, Gupta N, Simandlova M, Kabra M, David A, Nijtmans L, Chitayat D, Tuysuz B, Brancati F, Mundlos S, Van Maldergem L, Morava E, Wollnik B, Kornak U
(See online at https://doi.org/10.1016/j.ymgme.2013.08.009)
