Protein-Arginin-Methylierung – posttranslationale Kollagen-Modifikation mit regulatorischer Bedeutung für Cross-Linking und Degradation von Kollagen bei aortalen Aneurysmen?

• Antragstellerin: Privatdozentin Dr. Juliane Hannemann
• Fachliche Zuordnung: Kardiologie, Angiologie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 513189294

Kollagen ist das wichtigste Protein des Bindegewebes; es trägt auch zur Festigkeit der Gefäßwand der Arterien bei. Bei Patienten mit Aneurysmen ist der Stoffwechsel des Kollagens gestört: Die Quervernetzung der einzelnen Kollagenstränge (Kollagen- Crosslinking) ist vermindert und der Kollagenabbau durch Matrix-Metalloproteinasen ist gesteigert. Die molekularen Mechanismen, die diesem Prozess zugrunde liegen, sind noch nicht vollständig aufgeklärt. Aneurysmen der abdominalen Aorta sind besonders bei Patienten mit Marfan-Syndrom, einer angeborenen Bindegewebserkrankung, häufig; ihre Ruptur ist ein lebensbedrohlicher Notfall. Wir und andere haben gezeigt, dass bei Patienten mit Aortenaneurysmen oder cerebralen Aneurysmen methylierte Arginine als Biomarker eine Rolle spielen. Die Methylierung der L-Arginin-Seitengruppen von Proteinen erfolgt durch die Aktivität von Protein-Arginin-Methyltransferasen (PRMTs). Dimethylarginine (ADMA, asymmetrisches Dimethylarginin; SDMA, symmetrisches Dimethylarginin) entstehen bei der Hydrolyse methylierter Proteine. Unsere eigenen Vordaten zeigen, dass Kollagen 1 in hohem Maße posttranslational methyliert wird; nach saurer Hydrolyse von Kollagen 1 werden ADMA und SDMA freigesetzt. Da in der Aminosäuresequenz von Kollagen 1 Konsensussequenzen für die Arginin-Methylierung sowie das Crosslinking in direkter räumlicher Nähe vorliegen, postulieren wir, dass die posttranslationale Methylierung von Kollagen ein Prozess ist, der das Crosslinking und damit den Kollagen-Umsatz reguliert. Das Projekt hat daher folgende Ziele: An kultivierten humanen Fibroblasten sollen die spezifischen PRMT-Isoformen identifiziert werden, die für die Kollagen-Methylierung verantwortlich sind. Weiterhin soll untersucht werden, ob die pharmakologische Hemmung oder der siRNA-vermittelte Knockdown dieser PRMTIsoform(en) das Crosslinking des Kollagens vermindert und die Degradation durch Matrix-Metalloproteinasen verstärkt. Außerdem sollen die spezifischen Arginin-Reste, an denen die Methylierung stattfindet, mittels Massenspektrometrie identifiziert werden. In zwei translationalen Ansätzen sollen die Konzentrationen von Kollagenumsatzmarkern und Dimethylargininen im Plasma von Patienten mit Marfan-Syndrom mit und ohne Aortenaneurysma quantifiziert und mit den klinischen Daten der Patienten korreliert werden. An intra-operativ gewonnenem Aneurysma-Gewebe sowie gesunder Aortenwand von Patienten mit einem Aortenaneurysma soll in molekularbiologischen Analysen die Expression der PRMTs, der Matrix-Metalloproteinasen sowie der für das Kollagen-Crosslinking verantwortlichen Enzyme bestimmt werden, um Unterschiede in der Regulation von Kollagen-Crosslinking und –Umsatz zwischen gesunder und erkrankter Gefäßwand beim Menschen zu entschlüsseln. Dies soll dazu beitragen, mögliche neue Therapieansätze zur Prävention der Aneurysma-Ruptur zu entwickeln.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Rainer Böger