Untersuchung von Mutationen der menschlichen ventrikulären leichten Kette 1, die hypertrophe Kardiomyopathie verursachen, auf Einzelmolekül- und Sarkomerebene

• Antragstellerin: Privatdozentin Dr. Mamta Amrute, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Anatomie und Physiologie ; Biophysik
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 530881940

Unter den erblichen Herzerkrankungen ist die hypertrophe Kardiomyopathie (HCM) die häufigste Ursache für kontraktile Dysfunktion und Herzversagen bei Menschen. Einzelne Punktmutationen im Motorkomplex des ventrikulären kardialen β-Myosins II (β-CM) verursachen > 40 % der HCM-Fälle. Zahlreiche Mutationen wurden im β-CM und anderen sarkomerischen Proteinen identifiziert. Jedoch ist die Pathogenese zu einem gemeinsamen HCM-Phänotyp nur unzureichend verstanden. Punktmutationen in der menschlichen ventrikulären essenziellen leichten Kette, MLC1v, sind in der Entstehung schwerer Formen von HCM impliziert. Einige der MLC1v-Mutationen werden sogar mit plötzlichem Herztod in jungen Jahren und HCM im Kindesalter in Verbindung gebracht, was die wesentliche Rolle der ELC für die Myosinfunktion unterstreicht. Das Hauptziel des von uns vorgeschlagenen Forschungsprojekts ist es, die primäre motorische Dysfunktion zu verstehen, die zur HCM bei dem Patienten geführt hat. Wir wollen ein umfassendes Verständnis der veränderten Eigenschaften des Motors als Folge einer neuartigen Missense-Mutation im MLC1v, A57D, und anderer bekannter Mutationen (A57G, E143K, M149V) erlangen, die mit schweren Formen von HCM einschließlich plötzlichem Herztod in Verbindung gebracht werden. Drei Hauptbestandteile der von uns vorgeschlagenen Arbeit ermöglichen bedeutenden Fortschritt in der Erforschung der menschlichen Kardiomyopathie, indem sie eine physiologisch relevante Rahmenstruktur bieten: 1) Verwendung des vollständigen β-CM-Motorkomplexes oder Holoenzyms menschlichen Ursprungs und Erzeugung von mutierten Motoren durch Rekonstitution des β-CM-Motors mit spezifischen mutierten ELCs. 2) Einzelmolekül-Funktionsanalyse der mutierten Motoren unter Verwendung modernster Methoden wie Optical Trapping und Total Internal Reflection Fluorescence (TIRF) Mikroskopie, die die Identifizierung selbst subtiler Veränderungen in den biochemischen und mechanischen Eigenschaften des Motors mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung ermöglichen. 3) Bestimmung der kontraktilen Eigenschaften auf Sarkomerebene durch Verwendung von menschlichen Herzmuskelfibrillen mit mutierten Motoren. Durch die Rekonstituierung des mutierten MLC1v in ansonsten gesunden oder Wildtyp-Myofibrillen können rein mutationsspezifische Effekte identifiziert werden. Es wird erwartet, dass dieses experimentelle Design den initialen Auslöser für Veränderungen auf der Ebene der Myofibrillen in den Kardiomyozyten aufdeckt. Diese Studien werden Informationen über die genauen Details der beeinträchtigten Merkmale, das Ausmaß der motorischen Dysfunktion und Auswirkungen auf verschiedenen Ebenen der molekularen Organisation liefern. Zu betonen ist, dass Veränderungen der spezifischen biochemischen oder mechanischen Eigenschaften des Motors den zugrundeliegenden Mechanismus des MLC1v-vermittelten Auslösers der HCM-Pathologie aufklären und damit den Weg zu definitiven therapeutischen Strategien ebnen könnten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen