Rolle der Pyrrolin-5-Carboxylat Synthase in der Pathophysiologie der Cutis laxa mit progeroiden Symptomen

• Antragsteller: Dr. Björn Fischer-Zirnsak
• Fachliche Zuordnung: Humangenetik
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 335121139

Alterung kann als ein fortschreitender Verlust von Gewebefunktionen interpretiert werden, der durch eine Akkumulation von geschädigten Zellen und einen Verlust an Zellen bedingt wird. Die Mitochondrien spielen hierbei eine zentrale Rolle durch die Regulation der Apoptose und als Quelle von oxidativem Stress. Segmental progeroide Erkrankungen wie die Cutis laxa durch Mutationen in Pyrrolin-5-Carboxylat Reduktase 1 (PYCR1) und Pyrrolin-5-Carboxylat Synthase (P5CS) können als Modelle für das menschliche Altern betrachtet werden. Beide Genprodukte sind Teil des mitochondrialen Prolin-Zyklus, aber wie eine Störung dieses Pathways die charakteristischen Symptome hervorruft, ist nur unzulänglich bekannt.Kürzlich fanden wir Hinweise auf eine subtile Änderung der sub-mitochondrialen Verteilung und des biochemischen Verhaltens des P5CS-Proteinkomplexes infolge von de novo Mutationen. Das Ziel des beantragten Vorhabens ist, die physiologische und pathophysiologische Rolle dieses Proteinkomplexes genauer zu untersuchen. Durch unterschiedliche Methoden soll das Targeting von P5CS in die Mitochondrien in vitro genauer untersucht werden. Darüber hinaus soll der P5CS Protein-Komplex mittels Complexome profiling und Immunopräzipitationen näher charakterisiert werden. Durch Metabolomics sollen die pathophysiologisch relevanten Verknüpfungen zwischen den Prolin-Zyklus und anderen Stoffwechselwegen analysiert werden. Neben der in vitro Charakterisierung des P5CS-Proteins werden wir Mausmodelle mit unterschiedlich starkem Verlust von P5CS untersuchen. Ziel ist einerseits eine detaillierte Beschreibung der Veränderungen der betroffenen Gewebe auf histologischer, ultrastruktureller und molekularer Ebene. Andererseits sollen anhand dieser Modelle die in vitro gefundenen metabolischen Veränderungen verifiziert werden. Dies ist essentiell um zu zeigen, ob die Reduktion von Prolin oder Veränderungen in anderen, sekundär betroffenen Stoffwechselwegen die Ursache des beobachteten Cutis laxa Phänotyps sind.Die in dieser Studie erhobenen in vitro und in vivo Daten werden eine ideale Grundlage für zukünftige Therapie-Ansätze bilden. Darüber hinaus werden wir entscheidende neue Erkenntnisse zur Funktion des Prolin-Zyklus in Mitochondrien und seine Rolle bei Alterungsprozessen erzielen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen