Störungen des menschlichen Valin-Katabolismus‘ - Schlüsselmetabolite und Pathomechanismen

• Antragsteller: Professor Dr. Jörn Oliver Sass
• Fachliche Zuordnung: Biochemie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 538669957

Während die verzweigtkettigen Aminosäuren Leucin, Isoleucin und Valin schon länger als Substrate für die Proteinsynthese und als Ressource für die Energiegewinnung bekannt sind, wurden sie und einige ihrer Metaboliten in jüngerer Zeit auch als regulatorische Moleküle erkannt. 3-Hydroxyisobuttersäure (HIB) wurde als parakriner Regulator der transendothelialen Fettsäureaufnahme und des Fettsäuretransports in die Skelettmuskulatur beschrieben, was auf biologische Wirkungen bei Erkrankungen mit Akkumulation dieses Metaboliten hindeutet und mit Hyperglykämie und Diabetes Typ 2 in Verbindung gebracht wurde. Vor kurzem haben wir den Mangel an 3-Hydroxyisobutyrat-Dehydrogenase (HIBADH) als eine neue angeborenen Störung im menschlichen Valin-Katabolismus identifiziert, der auf biallelische Mutationen im HIBADH-Gen zurückzuführen ist. Da es bezüglich der klinischen Symptomatik nur begrenzt Parallelen bei den wenigen Personen gibt, bei denen diese Störung diagnostiziert wurde, obwohl Gedeihstörungen und Entwicklungs- bzw. neurologische Probleme festgestellt wurden, ist noch nicht klar, ob es sich um eine Krankheit oder eine rein biochemische Variante handelt. Da der HIBADH-Mangel zu einer Akkumulation von HIB führt, ist ein besseres Verständnis der biologischen Funktionen von HIB erforderlich. Mutationen im ALDH6A1-Gen, das für die Methylmalonat-Semialdehyd-Dehydrogenase kodiert, das Enzym, das den nachfolgenden Schritt des Valinabbaus katalysiert, führen zur Anhäufung von HIB und weiteren Metaboliten. Deshalb wollen wir HIBADH und ALDH6A1 in einer Reihe von Zelllinien mit Hilfe von CRISPR-Cas9 Genome Editing ausschalten und anschließend ausgewählte Mutationen in deren HIBADH einführen. Die Auswirkungen auf die Genexpression, die Enzymaktivität, den HIB-Stoffwechsel und den HIB-Spiegel, den mitochondrialen Energiestoffwechsel, die Produktion reaktiver Sauerstoffspezies, die Zellproliferation und die Apoptose werden insbesondere in Zelllinien aus dem Nervensystem untersucht. Um die biochemischen Studien auf physiologische Aspekte auszudehnen, werden wir auch verschiedene Stämme des Fadenwurms Caenorhabditis elegans charakterisieren, die Mutationen in den Orthologen der menschlichen Gene HIBADH und ALDH6A1 (B0250.5 und alh-8) aufweisen. Darüber hinaus werden die HIBADH-Sequenzvarianten in Escherichia coli überexprimiert und Enzymkinetik und Substratbindung untersucht. Wir erwarten, dass unsere Studie mehr Einblicke in die biologische Rolle von HIB und die Folgen seiner Akkumulation bei Stoffwechselstörungen geben wird. Dies wird zu einem besseren Verständnis von zwei angeborenen Störungen des Valin-Stoffwechsels beitragen und kann helfen zu entscheiden, ob eine spezifische Behandlung hilfreich sein könnte oder nicht.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Großbritannien
• Kooperationspartner: Professor Wyatt W. Yue, Ph.D.