Protein Tyrosin Phosphatasen als neue molekulare Zielstrukturen der Inflammations-vermittelten Insulinresistenz und Skelettmuskelatrophie

• Antragsteller: Professor Dr. Jens Fielitz; Professor Dr. Kai Kappert
• Fachliche Zuordnung: Toxikologie, Laboratoriumsmedizin ; Pneumologie,Thoraxchirurgie ; Public Health, Gesundheitsbezogene Versorgungsforschung, Sozial- und Arbeitsmedizin
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 442364946

Kritisch kranke Patienten auf der Intensivstation entwickeln häufig eine allgemeine Schwäche mit Abnahme ihrer Muskelmasse, was als intensive care unit (ICU)-acquired weakness (ICUAW) bezeichnet wird und mit hoher Morbidität und Mortalität einhergeht. Eine spezifische Therapie ist nicht verfügbar. Risikofaktoren sind systemische Inflammation, Sepsis und unkontrollierte Hyperglykämie. Wie diese Faktoren zur ICUAW führen, ist unklar.ICUAW Patienten entwickeln häufig eine periphere Insulinresistenz, wodurch die muskuläre Glukoseaufnahme vermindert wird. Da die Energiegewinnung im Muskel hauptsächlich durch Glukose erfolgt, resultieren eine verminderte Synthese energiereicher Phosphate und ein erhöhter Proteinabbau, die zu Muskelschwäche führen. Daneben tritt bei kritisch kranken Patienten eine systemische Inflammation auf, die die Insulinresistenz weiter fördert. In klinischen Studien konnte eine Korrektur hoher Blutglukosewerte mittels intensivierter Insulintherapie das Auftreten von ICUAW reduzieren, aber nicht verhindern. Die Insulinresistenz entsteht auf der Ebene des Insulinrezeptors bzw. seines Post-Rezeptor Signalwegs. Da Protein Tyrosin Phosphatasen (PTPs) die Insulinrezeptoraktivität hemmen und unsere Vorarbeiten eine Rolle der PTPs PTP1B und TC-PTP bei ICUAW nahelegen, möchten wir die Hypothese testen, dass diese PTPs therapeutische Zielstrukturen der inflammatorischen Insulinresistenz und Muskelschwäche sind. Mittels kultivierter Muskelzellen und eines Sepsis-Mausmodels sollen PTP1B und TC-PTP als Schlüsselmoleküle dieses Krankheitsprozesses evaluiert werden.Hierfür sollen Komponenten des Insulin Signaling einschließlich der PTPs auf Protein- und Genexpressionsebene und die PTP-Aktivität unter basalen und inflammatorischen Bedingungen in Muskelzellen und im Skelettmuskel analysiert werden. Es soll auch die Insulinrezeptor-Phosphorylierung, die Aktivität des Insulin Signaling und der Effekt einer PTP1B- und TC-PTP-Hemmung bzw. knockdown/knockout auf die inflammatorische Muskelzellatrophie in vitro bestimmt werden. Wir möchten dann testen, ob eine spezifische PTP-Hemmung die inflammatorische Insulinresistenz und Muskelatrophie im Versuchstier verhindern kann. Dafür wird die Insulinsensitivität durch hyperinsulinämische/euglykämische Clamps und Glukoseaufnahme-Assays in Muskelzellen und in isolierten Muskeln von Muskelzell-spezifischen PTP1B- und TC-PTP-knockout Mäusen quantifiziert. Der Einfluss von PTPs auf die Zell- und Faser-spezifische Insulinrezeptor-Phosphorylierung wird durch Proximity Ligation Assays untersucht. Der Effekt einer spezifischen PTP-Deletion bzw. pharmakologischen PTP-Hemmung auf die inflammatorische Muskelschwäche wird durch Muskelkraftmessungen erfasst.Unser Vorhaben soll die Phosphatasen PTP1B und TC-PTP als therapeutische Zielstrukturen bei ICUAW etablieren und eine Ursachen-orientierte Möglichkeit aufzeigen, die inflammatorische Insulinresistenz und Muskelschwäche bei kritisch kranken Patienten zu verhindern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen