Die Reaktion auf missgefaltetes Myosin im gesunden und kranken Organismus
Zusammenfassung der Projektergebnisse
In den letzten Jahren wurde enormer Fortschritt in dem Verständnis molekularer Ursachen von muskulären Dystrophien und anderer Myopathien erreicht. Jedoch ist immer noch eine große Zahl muskulärer Funktionsstörungen auf der molekularen Ebene ungeklärt. Mit der vorliegenden Studie wurden die molekularen Mechanismen der Myofibrillensynthese untersucht, um neue potentielle Gene, die in humane Myopathien involviert sind, zu identifizieren. An dem Modellorganismus Zebrabärbling konnten wir bereits früher nachweisen, dass das Co-Chaperon Unc45b, das Hitzeschockprotein Hsp90 und die Methyltransferase Smyd1b für die korrekte Myofibrillesynthese benötigt werden. Interessanterweise führt die fehlende Funktion von Unc45b zur Hochreglation von Genen - darunter unc45b, hsp90a und smyd1. Da diese Gene an der Faltung von Myosin beteiligt sind, bezeichneten wir diesen neuen Signalweg als ‚misfolded myosin response‘ (MMR). Das Ziel des Teilprojektes der Strähle Gruppe war es, die Rolle der molekularen Mechanismen, die zur Aktivierung der ‚MMR‘-Gene führen, zu untersuchen. Wir haben in umfassenden Analysen das Transkriptom von Muskelfaltungsmutanten mit dem von anderen Myopathiemodellen im Zebrafisch verglichen und konnten zeigen, dass der MMR eine große Zahl von Genen umfasst, die in der Proteinfaltung aber auch in der Muskelentwicklung und anderen Prozessen beteiligt sind. Das heißt, dass die Fehlfaltung von Myosin ein ganzes Genprogramm aktiviert. Weiterhin charakterisierte die Strähle Gruppe die Regulation der Expression des unc45b Genes und identifizierte die cis-regulatorischen Elemente. Es konnte gezeigt werden, dass die Induktion von Reportergenen in myosinfaltungsdefekten Embryonen durch ein heat shock element (HSE) und dem damit interagierenden Protein HSF1 vermittelt wird. Wir konnten zeigen, dass 195 bp des unc45b Genes für muskelspezifische Expression im Zebrafisch ausreichend ist. In Kollaboration mit Muzamil Khan und Rüdiger Rudolf wurde gezeigt, dass Expressionskonstrukte mit diesem 195 bp unc45 Promotor ausreichen, um auch im Mausembryo Muskelexpression zu vermitteln. Weiterhin konnten wir in Kollaboration mit dem Just/Rottbauer Labor zeigen, dass dieses Promotorfragment genügend smyd1 Expression treibt, um die smyd1 Mutation im Zebrafisch zu supprimieren. Dieses 195 bp Unc45b Fragment ist unseres Wissen das kleinste regulatorische DNS-Fragment, das effiziente Muskelexpression treibt und hat damit auch ein großes Potential in Gentherapieansätzen zur Anwendung zu kommen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Loss of function of myosin chaperones triggers Hsf1-mediated transcriptional response in skeletal muscle cells Genome Biology, 16:267 (2015)
C. Etard, O. Armant, U. Roostalu, V. Gourain, M. Ferg, U. Straehle
(Siehe online unter https://doi.org/10.1186/s13059-015-0825-8) - A compact unc45b-promoter drives muscle-specific expression in zebrafish and Mouse. Genesis
S. Rudeck, C. Etard, M. M. Khan, W. Rottbauer, R. Rudolf, U. Strähle, S. Just
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/dvg.22953) - Whole transcriptome data analysis of zebrafish mutants affecting muscle development. Data in Brief, vol. 8, pp. 61-68 (2016)
O. Armant, V. Gourain, C. Etard, U. Strähle
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.dib.2016.05.007)
