Funktionelle Studien des desmosomalen Plaqueproteins Plakophilin 3 durch Gen-Inaktivierung und ektopische Expression in transgenen Mäusen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Zell-Zellverbindungen sind von fundamentaler Bedeutung für die Bildung und funktionelle Aufrechterhaltung von Geweben und Organen. Desmosomen stellen einen speziellen Typen solcher Verbindungsstrukturen dar. Sie werden in allen Epithelien und einigen nicht-epithelialen Geweben gefunden, besonders aber in Geweben, die einer beachtlichen mechanischen Belastung ausgesetzt sind, wie die Haut oder das Herz. Die Gruppe der drei Plakophiline (PKP 1 bis 3) sind ein essentieller Bestandteil dieser Zellverbindungen. Das erblich bedingte Fehlen von PKP 1 oder PKP 2 ist mit schweren, bisweilen lebensbedrohlichen Erkrankungen verbunden, die sich in einer Fehlfunktion der Haut (PKP 1) oder des Herzens (PKP 2) äußern. Für den dritten Vertreter dieser Gruppe, PKP 3, lagen bislang keine Erkenntnisse über funktionelle Störungen im Organismus vor, die auf ein Fehlen dieses Proteins zurückzuführen sind. Deswegen wollten wir durch die Inaktivierung von PKP 3 im Mausmodell die in-vivo Funktionen von PKP 3 im Organismus untersuchen. Wir haben durch homologe Rekombinationstechniken embryonale Stammzellen generiert, die ein konditionell inaktivierbares PKP 3-Allel tragen und aus diesen Mauslinien generiert, in denen anschließend PKP 3-/--Mäuse hergestellt. Dieses Modell wurde dann morphologisch und biochemisch analysiert. Anders als die entsprechenden Experimente für PKP 2 in der Maus, die, bedingt durch eine fehlgesteuerte Gewebearchitektur des Herzens, einen embryonal letalen Phänotyp aufweisen, sind die Tiere, die kein PKP 3 bilden, lebensfähig und fertil. Sie sind makroskopisch nach der Geburt unauffällig, und nicht von den gesunden Geschwistern unterscheidbar. Mit Bildung des Felles ab Tag 21 zeigen sich dann aber Unterschiede zwischen den homozygoten PKP 3-/-- Tieren und nicht betroffenen Tieren. Das Fell, besonders auf der Bauchseite, wird dünn, durchscheinend und struppig. Dies beruht einerseits auf einer verminderten Bildung von Haarfollikeln, einer reduzierten Verankerung der Haare und einer veränderten Morphologie einiger Haartypen. Alle anderen Organe, die PKP 3 bilden, sind makroskopisch unauffällig. Histologisch konnten wir in einigen Geweben leichte Veränderungen feststellen. So scheinen zum Beispiel im Gaumen die Zellen aufgrund einer veränderten Organisation der Zellverbindungen größere Zellzwischenräume zu bilden, die aber nicht zum Verlust der Zelladhäsion (Acantholyse) der Keratinozyten führt. Immunhistochemisch konnten wir ebenfalls eine Veränderung der Organisation der Desmosomen nachweisen. Diese scheinen ihre normale, punktförmige und fein verteilte Struktur zu verlieren und werden lateral zu bisweilen großen Zeilverbindungsaggregaten zusammengeschoben. PKP 3 ist für die reguläre Bildung und Verankerung von (einigen) Haartypen in der Maus notwendig und das Fehlen von diesem Protein hat Einfluss auf die laterale Organisation der desmosomalen Zellverbindungen. Ob zusätzliche Effekte mit dem Verlust von PKP 3 in der Maus verbunden sind, werden weiterführende Experimente zeigen müssen. Diesbezüglich werden zurzeit mehrere Versuchsansätze in unserem Labor und im kooperierenden Partnerlabor in den USA verfolgt.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2007) Desmosomes: just cell adhesion or is there more? Cell Adh. Migr. 1, 28-32.
Schmidt,A. & Koch, P.J.
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(2008) Desmosomes in Development and Disease. In Cell Junctions: Adhesion, Development, and Disease (LaFlamme,S.E. & Kowalczyk,A.P., eds), pp. 235-249. Wiley-VCH Verlag, Weinheim
Schmidt,A. & Koch.P.J.
