Regulation der Myosin-Leichte-Kette und deren Bedeutung bei der Dilatativen Kardiomyopathie
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die dilatative Kardiomyopathie, die durch eine vergrößerte Herzkammer gekennzeichnet ist, wird häufig mit Genen in Verbindung gebracht, die mit sarkomerischen Proteinen assoziiert sind. Die essentielle Myosin-Leichte-Kette (ELC) spielt eine entscheidende Rolle bei der Kraftübertragung und der Kontraktionsfähigkeit des Herzens. Bei transgenen Zebrafischen beeinträchtigt das Fehlen der ELC-Phosphorylierung an Serin 195 die Herzfunktion. Die regulatorischen Mechanismen der ELC-Phosphorylierung in DCM ist bisher nicht bekannt und die verantwortlichen Kinasen müssen noch identifiziert werden. Mittels eines APEX-Assays konnte ich erfolgreich die Interaktion zwischen ELC und einer Serin/Threonine Protein Kinase NEK9 validieren. Des Weiteren habe ich mithilfe von CRISPR Cas9 zwei transgene NEK9 Zebrafischlinien (78del und 500del) erstellt. Die daraus resultierenden Embryonen, die einen Herzinsuffizienz-Phänotyp zeigten, glichen dem Phänotyp bei ELC-Mangel. Spezifische Immunpräzipitation und Immunoblotting zeigten eine reduzierte Interaktion zwischen ELC und dem verkürzten NEK9 78del und lokalisierte damit die Interaktionsstelle der Proteinkinasedomäne. Des Weiteren wurde diese Beobachtung durch humane Deletionsmutanten bestätigt, die ebenfalls einen Rückgang der Interaktion zwischen Nek9 und ELC nach der Deletion von der Proteinkinasedomäne zeigten. Unter Verwendung des Cre-Lox-Systems entwickelte ich eine induzierbare herzspezifische NEK9 Knockout-Linie, die fünf Tage nach der Induktion eine dilatative Kardiomyopathie und nach zwei Wochen Anzeichen von Hypertrophie zeigte. Die Analyse der ELC-Phosphorylierung durch 2D-Elektrophorese zeigte eine signifikant reduzierte Phosphorylierung am fünften Tag nach der Induktion, während Mausherzproben nach zwei Wochen einen kompensatorischen Anstieg der ELC-Phosphorylierung aufwiesen, was auf alternative Kinase-Aktivierung in Abwesenheit von NEK9 hinweist. Zusammenfassend bestätigt meine Studie die Rolle von NEK9 bei der Regulation der ELC- Phosphorylierung und identifizierte die Proteinkinasedomäne die für die Interaktion verantwortlich ist. Des Weiteren war es mir möglich, die Rolle von NEK9 in der murinen Herzfunktion zu unterschiedlichen Zeitpunkten zu identifizieren und ich zeigte Veränderungen in den ELC- Phosphorylierungsmustern nach NEK9-Mangel. Die Gesamt-Genom-Sequenzierung von Mausherzen identifizierte STK39 als potenzielle Kinase für die ELC-Phosphorylierung in Abwesenheit von NEK9, was ein neuartiges sarkomerisches Regulationssystem einführt und vielversprechende therapeutische Ziele für zukünftige Behandlungsmöglichkeiten bei Herzerkrankungen nahelegt
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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NIMA-related kinase 9 regulates the phosphorylation of the essential myosin light chain in the heart. Nature Communications, 13(1).
Müller, Marion; Eghbalian, Rose; Boeckel, Jes-Niels; Frese, Karen S.; Haas, Jan; Kayvanpour, Elham; Sedaghat-Hamedani, Farbod; Lackner, Maximilian K.; Tugrul, Oguz F.; Ruppert, Thomas; Tappu, Rewati; Martins, Bordalo Diana; Kneuer, Jasmin M.; Piekarek, Annika; Herch, Sabine; Schudy, Sarah; Keller, Andreas; Grammes, Nadja; Bischof, Cornelius ... & Meder, Benjamin
