Erhalt der Integrität der mtDNA in Muskelstammzellen

• Antragsteller: Dr. David Pla Martin, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Gerontobiologie und Geriatrie ; Anatomie und Physiologie
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 445067265

Hintergrund: Die Regenerationsfähigkeit von Muskelstammzellen (MuSCs) nimmt mit dem Alter ab, und zell-intrinsische Veränderungen tragen zum Verlust von Muskelmasse bei. Sarkopenie führt zu physischer Behinderung und zu einer erhöhten Inzidenz von Stürzen und Hospitalisierung, was wiederum einen frühen Tod zur Folge haben kann. Der Verlust von Muskelmasse kann auch zu der für das höhere Alter typischen Insulinresistenz beitragen. Das Verständnis der altersabhängigen Veränderungen in Muskelstammzellen ist also entscheidend für die Etablierung neuer Strategien zur Verzögerung der Entwicklung einer Sarkopenie.Problem: Während des Alterns akkumulieren in sich nicht teilenden, menschlichen Zellen Kopien von mitochondrialer DNA (mtDNA) mit großen Deletionen, es entsteht ein Gewebsmosaik. Gewebestammzellen teilen sich kaum und können dasselbe Schicksal erleiden. Sowohl die Kopienzahl der mtDNA als auch die mitochondriale Masse müssen während der Stammzell-Differenzierung zunehmen, besonders wenn durch Rekrutierung aus kleinen Muskelstammzellen große Muskelfasern entstehen, die stark von der Funktion der Mitochondrien abhängen. Daher ist die Intaktheit der mtDNA, die für dreizehn essenzielle Untereinheiten der Atmungskette kodiert, ganz offensichtlich entscheidend für diesen Prozess. Jedoch weiß man wenig über die Mechanismen, die die mtDNA-Integrität aufrechterhalten, die zudem während des Alterns offensichtlich beeinträchtigt wird.Strategie: Um die Rolle von mtDNA-Deletionen während des Alterns zu untersuchen, haben wir eine Mauslinie etabliert, die nach Cre-Rekombinierung (Rosa26-Stop-Konstrukt) – eine dominant-negative Mutation der mitochondrialen Helikase Twinkle exprimiert, was zur Entstehung von deletierten mtDNA-Spezies führt, hier in Muskelstammzellen getrieben durch Pax7-Cre werden. In diesem Antrag werden wir primär untersuchen, ob die Akkumulation von mtDNA-Molekülen mit großen Deletionen während des Alterns in Muskelstammellen auftritt, oder ob dies vermieden wird durch a) die Minimierung der mtDNA-Replikationsrate und konsequenterweise der Mutationswahrscheinlichkeit, oder b) durch „Reinigung“ des wt Pools während der Teilung. Alternativ können c) Muskelstammzellen mit hoher mtDNA-Deletionslast während der Aktivierung ausselektiert werden. Zusätzlich wird der Turnover und die Qualitätssicherung der Mitochondrien untersucht werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Rudolf Wiesner