Stabilisierung der Zelladhäsion in Kardiomyozyten durch adrenerge Stimulation

• Antragsteller: Professor Dr. Jens Waschke
• Subject Area: Nuklearmedizin, Strahlentherapie, Strahlenbiologie ; Zellbiologie
• Term: from 2018 to 2021
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 397804678

Herzmuskelzellen sind über Glanzstreifen zu einem funktionellen Synzytium verbunden. Die Zellkontakte der Glanzstreifen, die sich aus Adhäsionskontakten aus der Familie der Desmosomen und der Adherens-Junktionen (AJ) sowie aus Kommunikationskontakten (Gap junctions, GJ) zusammensetzen, bilden für diese mechanische und funktionelle Kopplung das strukturelle Gerüst. Es ist bekannt, dass die desmosomalen Komponenten für die Integrität und auch die Funktion der Glanzstreifen von zentraler Bedeutung sind, da Mutationen in diesen Komponenten zum Krankheitsbild der Arrhythmogenen Kardiomyopathie (AC) führen. Die Mutationen bettreffen sowohl die Adhäsionsmoleküle Desmoglein 2 (Dsg2) und Desmocollin 2 (Dsc2), als auch noch häufiger die Plaqueproteine Plakophilin 2 (Pkp2), Plakoglobin (Pg) und Desmoplakin (Dp), über welche die Kontakte am Zytoskelett verankert sind. Über die Regulation der Zelladhäsion durch Signalwege und besonders auch der Regulation der GJ durch die desmosomalen Kontakte ist im Herzmuskel wenig bekannt. Inzwischen haben wir zur Vorbereitung für diesen Projektantrag einen ersten Signalweg in der Regulation der Kardiomyozytenadhäsion im Detail charakterisiert. Adrenerge Stimulation führt dabei über cAMP und PKA zu einer direkten Phosphorylierung on Pg an S665, die für die Haftungssteigerung essentiell zu sein scheint und die wir positive Adhäsiotropie genannt haben. Im aktuellen Projekt wollen wir nun weitere Signalwege in ihrer Bedeutung für die Kardiomyozytenadhäsion untersuchen, die in epithelialen Desmosomen relevant sind wie PKC, p38MAPK und GSK-3. Dabei verwenden wir Einzelmolekül-Rasterkraftmikroskopie-Adhäsionsmessungen auf kultivierten und primären Kardiomyozyten. Für als relevant identifizierte Signalwege wollen wir wie auch für cAMP die ultrastrukturellen Veränderungen in den Zellkontakten der Kardiomyozyten mit Laserkonfokal-, STED- und Transmissionselektronen-Mikroskopie beschreiben, um die Mechanismen genauer zu verstehen. Für die als relevant identifizierten Signalwege sollen durch siRNA-vermittelte Depletion und primären Kardiomyozyten aus dem Pg-defizienten Mausmodell die Bedeutung der verschiedenen Komponenten der Glanzstreifen für die Haftungsregulation bestimmt werden. Im zweiten Abschnitt des Projekts untersuchen wir die Regulation der GJ durch die desmosomalen Kontakte. Wir wollen sowohl über die die Haftung fördernden Signalwege als auch mit einem neu entwickelten Dsg2-quervetzenden Peptid die GJ-Funktion modulieren, da unsere Vorarbeiten zeigen, dass die durch Dsg2- oder Pg-Depletion induzierte irreguläre Erregungsweiterleitung durch dieses Peptid verbessert werden kann.Für alle Studien stehen neben kultivierten Kardiomyozyten auch murine Schnittkulturen sowie das von uns generierte und bereits systematisch charakterisierte herzmuskelspezifische Pg-k.o.-Mausmodell für die AC zu Verfügung. Durch diese Studien erwarten wir grundlegende Einblicke in die Regulation der Zelladhäsion und der GJ-Funktion im Herzmuskel.

• DFG Programme: Sachbeihilfen