In vivo Evaluation der kardialen Funktionen von SPRED-Proteinen

• Antragsteller: Professor Dr. Kai Schuh
• Fachliche Zuordnung: Anatomie und Physiologie ; Kardiologie, Angiologie
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 247435065

• Erstellungsjahr: 2017

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Im vorliegenden Projekt untersuchen wir die kardiale Auswirkung der SPRED-Defizienzen in vivo. Wir konnten zeigen, dass SPRED2-Defizienz zu einer verkürzten Lebensdauer und zu einer kompensierten Hypertrophie mit erhaltener Herzfunktion führte. Ebenso haben wir eine höhere Anfälligkeit für Herzrhythmusstörungen festgestellt. Wir untersuchten, ob diese Veränderungen zu einer erhöhten Fibrose und einer verstärkten Apoptose führen könnten. Weiterhin, ob SPRED2 im Herz mit SQSTM1, NBR1 oder lysosomalem Cathepsin D interagiert, und ob die Abwesenheit von SPRED2 zu einer beeinträchtigten Autophagie führt. EKG und elektrophysiologische Untersuchungen zeigten eine Vielzahl von Arrhythmien. Die Quantifizierung ergab eine erhöhte Anzahl und Schwere der Herzrhythmusstörungen in SPRED-/- Herzen. Verschiedene Anzeichen gestörter Mitophagie und Autophagie wurden gefunden. Es zeigte sich eine intrazelluläre Akkumulation von vakuolären Strukturen und nichtfunktionellen Mitochondrien. Immunologische Färbungen zeigten Ansammlungen von autophagosomalen und lysosomalen Markern, die quantitativ auf Proteinebene bestätigt wurden. Pull-down Assays zeigten Interaktion von SPRED2 mit den autophagosomalen Adaptern SQSTM1, NBR1 und lysosomalem Cathepsin D in Herzlysaten. In SPRED2-KO-Herzen waren Schlüsselproteine der Autophagie reduziert und die Autophagie, gemessen durch das LC3-II/LC3-I-Verhältnis, war vermindert. Mechanisch interagiert SPRED2 mit Autophagieadaptern und ist für eine regulierte Autophagie unerlässlich. SPRED2-Defizienz unterbricht diese Regulierung und führt zur Ablagerung von Zelldebris und zum Zelltod. Mit Hilfe des laufenden DFG-Projekts wurden zwei neue genetisch veränderte Mausmodelle mit konditionaler Kardiomyozyten-spezifischer Deletion von SPRED2 und SPRED3 generiert. In diesen untersuchen wir die Herzfunktion mittels Echokardiographie, EKGs und elektrophysiologischen Untersuchungen um die Sinusknotenerholungszeit, ein longQT- Syndrom, Vorhofflimmern oder die minimale ventrikuläre Erholungszeit zu bestimmen. Wir untersuchen die Herzleistung routinemäßig mit Druckvolumen-Kathetern und isolierten Herzpräparaten. Histologische Färbungen werden durchgeführt, um morphologische Anomalien, Myozytendurchmesser und Ablagerungen von Autophagieadaptor-positiven Einschlüssen zu bestimmen. Mit molekularen Analysen untersuchen wir die Autophagie in Kardiomyozyten der verschiedenen Genotypen. Wichtige Schritte sind die Quantifizierung von LC3-II und LC3-I und deren Verhältnis, die Quantifizierung von SQSTM1, ATG4, ATG7, dem ATG5-ATG12-Komplex und ATG16L. Die Quantifizierung dieser Schlüsselregulatoren der Autophagie wird dazu beitragen, gestörte Schritte der Autophagie zu identifizieren. Wie auch schon in der Vergangenheit erschienen eine ganze Reihe von Veröffentlichungen und Kommentare zu diesem Thema in den Medien, wodurch wir eine große Resonanz in der Öffentlichkeit bekamen. Beispiele: https://www.vbio.de/informationen/alle_news/e17162?news_id=23589 https://www.labroots.com/trending/cell-and-molecular-biology/5627/molecular-dysfunction-underlying-ocd-discovered https://www.eurekalert.org/pub_releases/2017-03/uow-coo031617.php http://www.breitbart.com/news/scientists-uncover-cause-of-obsessive-compulsive-disorder/ https://www.uni-wuerzburg.de/en/sonstiges/meldungen/detail/artikel/ursache-fuer-zwangsstoerungen-entdeckt-1/

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Mena/VASP and αII-Spectrin complexes regulate cytoplasmic actin networks in cardiomyocytes and protect from conduction abnormalities and dilated cardiomyopathy. Cell Commun Signal. 2013 Aug 12;11:56
  Benz PM, Merkel CJ, Offner K, Abeßer M, Ullrich M, Fischer T, Bayer B, Wagner H, Gambaryan S, Ursitti JA, Adham IM, Linke WA, Feller SM, Fleming I, Renné T, Frantz S, Unger A, Schuh K
  
• Cardiovascular ATIP expression in mouse development. Dev Dyn. 2014 May;243(5):699-711
  Bundschu K, Schuh K
  
• Microdomain switch of cGMP-regulated phosphodiesterases leads to ANP-induced augmentation of β-adrenoceptor-stimulated contractility in early cardiac hypertrophy. Circ Res. 2015 Apr 10;116(8):1304-11
  Perera RK, Sprenger JU, Steinbrecher JH, Hübscher D, Lehnart SE, Abesser M, Schuh K, El-Armouche A, Nikolaev VO
  
• SPREDs (Sprouty related proteins with EVH1 domain) promote self-renewal and inhibit mesodermal differentiation in murine embryonic stem cells. Dev Dyn. 2015 Apr;244(4):591-606
  Mühl B, Hägele J, Tasdogan A, Loula P, Schuh K, Bundschu K
  
• Development and Characterization of an Inducible Rat Model of Chronic Thromboembolic Pulmonary Hypertension. Hypertension. 2016 May;67(5):1000-5
  Arias-Loza PA, Jung P, Abeßer M, Umbenhauer S, Williams T, Frantz S, Schuh K, Pelzer T
  
• OCD-like behavior is caused by dysfunction of thalamo-amygdala circuits and upregulated TrkB/ERK-MAPK signaling as a result of SPRED2 deficiency. Mol Psychiatry. 2017 Jan 10
  Ullrich M, Weber M, Post AM, Popp S, Grein J, Zechner M, Guerrero González H, Kreis A, Schmitt AG, Üçeyler N, Lesch KP, Schuh K