Identifizierung betroffener zellulärer Zielmoleküle, Mechanismen und Signalwege in Maus- und Zell-Modellen für spinale Muskelatrophie mit Ateminsuffizienz Typ 1 (SMARD1)

• Antragstellerin: Privatdozentin Dr. Sibylle Jablonka
• Fachliche Zuordnung: Molekulare und zelluläre Neurologie und Neuropathologie ; Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 268785760

Muskelatrophie and Diaphragmaparese sind das klinische Erscheinungsbild von Patienten mit spinaler Muskelatrophy mit Ateminsuffizienz Typ 1 (SMARD1). Das Krankheitsbild findet sich wieder in dem Nmd2J (Neuromuscular degeneration) Mausmodell, das die juvenile SMARD1 Form repräsentiert. Sowohl beim Menschen wie bei der Maus führen Mutationen im IGHMBP2 Gen zu einer Motoneurondegeneration. Wir konnten kürzlich zeigen, dass eine Polyethylenglykol gekoppelte Variante von IGF1 (PEG-IGF1) die motorischen Fähigkeiten in den Nmd2J Mäusen verbessern, verbunden mit einer reduzierten Faserdegeneration im Wadenmuskel und im Diaphragma. PEG-IGF1 hatte aber keinen positiven Einfluss auf das Motoneuronüberleben. IGHMBP2/Ighmbp2 wird als ribsomen-assoziierte Helikase beschrieben, die an ribosomalen und translatorischen Ereignissen teilnimmt. Diese Daten werfen Fragen auf, inwieweit zellautonome Krankheitsmechanismen und Signalwege, Dysfunktion und Verlust von Motoneuronen und Muskelfasern bedingen. Eine Analyse von primären Ighmbp2 defizienten Mausmotoneuronen zeigte Differenzierungsdefekte verbunden mit Erregbarkeitsstörungen aufgrund reduzierter Zusammenlagerung von N-Typ spezifischen Kalziumkanälen (Cav2.2) und einer veränderten Expression von Transient Receptor Potential Channels (TRPCs). Um betroffene zelluläre Mechanismen und Signalwege zu identifizieren, werden wir eine morphologische und funktionelle Analyse primärer Ighmbp2 defizienter Motoneurone starten. Primäre Ighmbp2 defiziente Mausmotoneurone werden unter spezifischen Zellkulturbedingungen einer Fluorescence Recovery after Photobleaching (FRAP) und einer Calcium Imaging Studie unterworfen. Wir möchten letztendlich herausfinden welche spezifischen Signalwege affektiert sind und somit zu funktionellen Störungen führen. Gleichzeitig zur in vitro Studie werden wir die Nmd2J Mäuse auf einem TRPC5 und Nav1.9 Hintergrund untersuchen, um herauszufinden, ob diese Kanäle den Nmd2J Phänotyp modifizieren. Diese indirekte Identifizierung solcher zellulären Zielmoleküle soll durch eine Microarray Studie komplementiert werden, um weitere Zielmoleküle auf RNA und Proteinebene zu identifizieren. Weiterhin ist ein Re-Differenzierungsansatz mit Hautfibroblasten von SMARD1 Patienten geplant. Die re-differenzierten humanen Motoneurone sollen funktionell und morphologisch mit primären Mausmotoneuronen verglichen werden, um herauszufinden, ob sie sich zur weiteren Analyse funktioneller Defizite aufgrund von Ighmbp2 Mutationen eignen. In einem letzten Ansatz möchten wir zellautonome Ereignisse, die zu myopathischen Veränderungen im Diaphragma und im Wadenmuskel der SMARD1 Maus führen, näher untersuchen. Mit unserem beantragten Projekt planen wir die affektierten zellulären Mechanismen in Ighmbp2 defizienten Motoneuronen und Muskeln besser zu verstehen, um Signalwege zu identifizieren, die für die betroffenen zellulären Mechanismen kompensatorisch wirksam sein könnten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen