Entschlüsselung des Beitrags von Titin und anderen Zytoskelettelementen zur Erzeugung der Herzkraft auf zellulärer Ebene

• Antragstellerin: Christine Loescher, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Anatomie und Physiologie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 511358296

Charakteristisch für das chronisch schwache Herz ist ein fortschreitendes Remodeling, das sich u.a. in Myokardversteifung äußert, an der die Kardiomyozyten (KM) entscheidenden Anteil haben. Als eine Hauptquelle der KM-Steifigkeit gilt das Riesenprotein Titin. Neue Erkenntnisse deuten jedoch darauf hin, dass Veränderungen der kardiomyozytären Mikrotubuli (MT) bei Herzinsuffizienz auftreten und einen größeren Beitrag zur Myokardversteifung leisten als bisher angenommen. Das Mikrofilament-(Aktin-)Netzwerk trägt ebenfalls zur mechanischen Festigkeit der KM bei und seine Wechselwirkungen mit Titin machen es schwierig, den individuellen Anteil dieser Elemente an der KM-Steifigkeit zu bestimmen. Daher ist eine kritische Neubewertung des Titin-Beitrags zur KM-Steifigkeit im Vergleich zu anderen Zytoskelettelementen erforderlich. Hier ergeben sich zwei Hauptprobleme: Erstens wurde bisher kaum berücksichtigt, welche Bedeutung dem Titin im Kontext der gesamten Zellarchitektur und mechanischen Festigkeit zukommt. Darüber hinaus wurde die Titinsteifigkeit vor allem in permeablisierten Fasern untersucht, wodurch andere Determinanten, die zur passiven Steifigkeit in nativen Zellen beitragen, wie z.B. Wechselwirkungen mit den MT, fehlen. Zweitens gab es bisher kein präzises Werkzeug, um den Beitrag von Titin zur KM-Steifigkeit direkt zu quantifizieren, wie es z.B. ein akutes Durchschneiden der Titinfeder ermöglichen würde. Gleiches gilt für die Rolle der Titinsteifigkeit bei der Regulation der aktiven Kraftentwicklung von KM, die zwar vermutet aber noch nicht direkt getestet wurde. Die Arbeitsgruppe hat ein Mausmodell entwickelt, das den akuten, spezifischen und vollständigen Schnitt der Titin-Federn ermöglicht (titin cleavage (TC-)Modell). Dieses Modell enthält auch einen HaloTag im elastischen Titin zur spezifischen Markierung mittels Fluorophor-gekoppeltem HaloLigand. Unter Verwendung der TC-Maus sollen die individuellen Beiträge von Titin, den MT und den Aktinfilamenten zu den passiven mechanischen Eigenschaften der KM gesunder Mäuse entschlüsselt werden. Die Hypothese ist, dass Titin den Hauptbeitrag zur Steifigkeit in nativen und permeabilisierten KM leistet. Gleichermaßen wird am TC-Modell der Beitrag der Titinsteifigkeit zur aktiven Kraftentwicklung bestimmt. Es wird vermutet, dass der Schnitt der Titin-Feder zu einer Abnahme der aktiven Kraft führt. Dementsprechend wird in diesem Antrag postuliert, dass die Titinsteifigkeit bei der Regulation der aktiven Kraftentwicklung von KM von entscheidender Bedeutung ist. Die Ergebnisse werden eine verbesserte Quantifizierung der Myokardsteifigkeit ermöglichen und mithelfen zu verstehen, wie Zytoskelettveränderungen das Fortschreiten von Herzerkrankungen beeinflussen können. Des Weiteren bieten die Erkenntnisse die Möglichkeit, die Ergebnisse von Studien an nativen und permeabilisierten KM zu verknüpfen. Insgesamt werden entscheidende Einblicke in das Zusammenspiel zwischen passiver und aktiver Kraft gewonnen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen