Charakterisierung der pathophysiologischen Rolle des lysosomalen Membranproteins LIMP-2 als Transportrezeptor der Glucocerebrosidase

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Michael Schwake
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie ; Experimentelle Modelle zum Verständnis von Erkrankungen des Nervensystems
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 468736715

Lysosomale Hydrolasen sind für den Abbau biologischer Makromoleküle unerläßlich. Die physiologische Wichtigkeit dieses Prozesses wird durch vererbaren Krankheiten hervorgehoben, die durch Mutationen in Genen hervorgerufen werden, die für lysosomale Enzyme kodieren. Die meisten dieser Enzyme werden über den Mannose-6-Phosphat Rezeptor transportiert. Eine Ausnahme bildet Glucocerebrosidase (GCase) in der Mutationen zur Gaucher-Erkrankung (GD) führen. Diese wird von dem lysosomalen Membranprotein LIMP-2 ins Lysosom transportiert in dem Mutationen zum Action Myoclonus-Renal Failure (AMRF) Syndrom führen. AMRF ist gekennzeichnet durch progressive myoklonische Epilepsie und Nierenversagen. In einigen Patienten treten zusätzlich periphere, demyleinisierende Neuropathien und Taubheit auf. LIMP-2 defiziente Mäuse besitzen einen ähnlichen Phänotyp und stellen ein geeignetes Mausmodell da, um den vollständigen Verlust von LIMP-2 näher zu untersuchen. Funktionell und strukturell konnten wir LIMP-2 näher charakterisieren. Durch die Auflösung der Kristallstruktur der Ektodomäne konnten wir zeigen, dass es sich bei LIMP-2 um ein bifunktionelles Molekül handelt, welches zum einen Lipide bindet und über die lysosomale Membran transportiert und zum anderen den lysosomalen Transport von GCase vom Endoplasmatischen Retikulum zu den Lysosomen übernimmt. Fehlt LIMP-2, wie bei der AMRF Erkrankung, führt dies zu einer Beeinträchtigung des lysosomalen Lipid-Transport und zur Fehlsortierung von GCase, die dadurch nicht mehr zu den Lysosomen gelangen kann. Wie schon erwähnt, führen Funktionsverlust-Mutationen in GCase zur Gaucher-Erkrankung, der häufigsten lysosomalen Speichererkrankung, die durch Vergrößerungen der Leber und Milz und durch Knochenanomalien gekennzeichnet ist. In selteneren Fällen treten auch neurologische Symptome, wie Ataxien und Epilepsien auf. Zusätzlich wurden in den letzten Jahren sowohl genetische Varianten in LIMP-2 als auch GCase mit der Parkinson Erkrankung (PD) und der verwandten Demenz mit Lewy-Körperchen (DLB) assoziiert. Für die physiologische Funktion von LIMP-2 ergibt sich dadurch die Frage, welche der oben genannten Phänotypen auf die Lipid-Transport Funktion zurückzuführen ist und welche auf den lysosomalen Transport von GCase. Um die Bifunktionalität von LIMP-2 in der Pathophysiologie näher zu untersuchen, haben wir basierend auf der Kristallstruktur von LIMP-2 eine Knockin-Maus hergestellt, die eine Punktmutation in der GCase Bindungsdomäne enthält. Unsere ersten Analysen zeigen, dass Mäuse, die ein modifiziertes LIMP-2 exprimieren nicht mehr in der Lage sind GCase ins Lysosom zu transportieren. Im Rahmen des Antrags soll nun eine vollständige Charakterisierung des Phänotyp der LIMP-2 Knockin-Maus erfolgen, um zu verstehen für welchen Phänotyp die LIMP-2 GCase Transporterfunktion verantwortlich ist. Wir erhoffen uns wichtige Erkentnisse über die pathologische Funktion von LIMP-2 zu erhalten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen