Molekulare Auswirkungen von Gendefekten im Surfactantsyntheseapparat von Typ II Pneumozyten bei interstitiellen Lungenerkrankungen (ILD)
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Ziel des Projekts war es, zu einem besseren Verständnis der pathogenetischen Vorgänge bei Entstehung und Verlauf von ILDs, die durch Mutationen im ABCA3 und im SP-C Gen verursacht werden, zu gelangen. In Studien an Zellen, die SP-C Mutationen exprimieren, haben wir gefunden, dass die Mutationen u.a. die Interaktion mit dem Immunsystem und die Phospholipid-Homöostase beeinträchtigen. Letzteres war auch in Zellen mit ABCA3-Mutationen der Fall. In Untersuchungen zu Prozessierung und Trafficking von ABCA3 konnten wir zeigen, dass ABCA3 in den Lamellarkörperchen durch eine Cystein-Protease N-terminal gespalten wird. Die Spaltstelle konnte mittels Massenspektrometrie bis auf wenige Reste genau eingegrenzt werden. ABCA3 mit der Mutation p.Q215K wird im ER zurückgehalten und nicht prozessiert. Durch die Akkumulation von fehlgefaltetem Protein ausgelöster ER-Stress wird als entscheidender Faktor bei der Entstehung einer ILD diskutiert. Während wir in transient mit ABCA3 transfizierten A549-Zellen einen erhöhten ER'Stress nachweisen konnten, war dieser weder in stabil mit ABCA3 noch mit SP-C transfizierten Zellen vorhanden. Dies ist vermutlich die Folge einer Adaption der Zelle. Wir folgern daraus, dass ER-Stress bei der mit ABCA3-Mutationen assoziierten ILD allenfalls eine untergeordnete Rolle spielt und dass andere Mechanismen für die Schädigung des Alveolarepithels verantwortlich sein müssen. In diesem Zusammenhang ist es uns gelungen zu zeigen, dass die Expression der ABCA3-Mutation p.Q215K in A549-Zellen zu einem Verlust von epithelialen Eigenschaften führt. Darüber hinaus haben wir gefunden, dass diese Zellen nach Infektion mit RSV einen EMT-ähnlichen Prozess durchlaufen und ein mesenchymales Erscheinungsbild annehmen. Damit konnten wir erstmals einen Mechanismus identifizieren, durch den ABCA3-Mutationen zur Entwicklung einer ILD als Reaktion auf Umweltnoxen prädisponieren. Diese Untersuchungen sind von Relevanz für die Patienten, die solche Mutationen im SFTPC oder ABCA3-Gen tragen, da nun neue Daten voriiegen, die die Wahrscheinlichkeit für manche therapeutische Interventionen vermindern und andere sinnvoll erscheinen lassen. Entscheidend wird im Weiteren sein, das Spektrum der untersuchten Mutationen zu vergrößern, diese in einem ABCA3 freien Hintergrund und durch neue, nun uns verfügbare Substrat-Analoga von ABCA3 in Aktivitätsmessungen zu analysleren, um so rationale Ansatzpunkte für mutationsspezifische therapeutische Interventionen zu identifizieren und zum histo-morphologischen Befund von betroffenen Patienten zu korrelieren.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Aberrant processing forms of lung surfactant proteins SP-B and SP-C revealed by high-resolution mass spectrometry. EurJ Mass Spectrom 2008;14(6);379-90
Galetskiy D, Woischnik M, Ripper J, Griese M, Przybylski M
- A non-BRICHOS surfactant protein c mutation disrupts epithelial cell function and intercellular signaling. BMC Cell Biol 2010, 11:88
Woischnik M, Sparr C, Kern S, Thurm T, Hector A, HartI D, Liebisch G, Mulugeta S, Beers MF, Schmitz G, Griese M
- The surfactant lipid transporter ABCA3 is N-terminally cleaved inside LAMPS-positive vesicles. FEBS Lett 2010, 584:4306-4312
Engelbrecht S, Kaltenborn E, Griese M, Kern S
- Expression of therapeutic proteins after delivery of chemically modified mRNA in mice. Nat Biotechnol. 2011;29:154-7
Kormann MS, Hasenpusch G, Aneja MK, NIca G, Flemmer AW, Herber-Jonat S, Huppmann M, Mays LE, lllenyi M, Schams A, Griese M, Bittmann I, Handgretinger R, HartI D, Rosenecker J, Rudolph C
- Some ABCA3 mutations elevate ER stress and initiate apoptosis of lung epithelial cells. Respir Res 2011, 12:4
Welchert N, Kaltenborn E, Hector A, Woischnik M, Schams A, Holzinger A, Kern S, Griese M
- Respiratory syncytial virus potentiates ABCA3 mutation-induced loss of lung epithelial cell differentiation. Hum Mol Genet 2012, 21:2793-806
Kaltenborn E, Kern S, Frixel S, Fragnet L, Conzelmann KK, Zarbock R, Griese M
(Siehe online unter https://doi.org/10.1093/hmg/dds107) - The surfactant protein C mutation A116D alters cellular processing, stress tolerance, surfactant lipid composition, and immune cell activation. BMC Pulm Med 2012, 12:15
Zarbock R, Woischnik M, Sparr C, Thurm T, Kern S, Kaltenborn E, Hector A, Hartl D, Liebisch G, Schmitz G, Griese M
(Siehe online unter https://doi.org/10.1186/1471-2466-12-15)
