P2 M. Hesse 

Durch mechanischen Stress induzierte Pathomechanismen in BAG3-assoziierten Myopathien

Das Ko-Chaperon BAG3 (Bcl-2-assoziiertes Athanogen 3) wird in quergestreiften Muskeln exprimiert und spielt aufgrund seiner Fähigkeit ein Gleichgewicht zwischen Transkription, Translation und Autophagie herzustellen, eine Schlüsselrolle bei der Aufrechterhaltung der Muskelarchitektur und -funktion unter mechanischer Belastung. Eine Substitution von Prolin zu Leucin an Position 209 des BAG3-Proteins führt bei Patienten zu einer schwerwiegenden und progressiven restriktiven Kardiomyopathie und Skelettmuskeldystrophie, gefolgt von Tod durch Herzversagen oder Ateminsuffizienz. Kennzeichnend für diese BAG3-assoziierte myofibrilläre Myopathie sind der Abbau von Sarkomeren und die Bildung von Proteinaggregaten.

In der ersten Förderperiode haben wir die Analyse unseres humanisierten Mausmodells der BAG3P209L-myofibrillären Myopathie abgeschlossen. Diese Mäuse leiden an einer restriktiven Kardiomyopathie und myofibrillären Skelettmuskelmyopathie und rekapitulieren damit die Symptome der Erkrankung im Patienten. Wir konnten zeigen, dass der Krankheitsmechanismus auf die Akkumulation von BAG3 und die Sequestrierung von Komponenten des Protein-Qualitätskontrollsystems und der Autophagie-Maschinerie zurückzuführen ist, was zu einer Verminderung der Stabilität und funktionellen Organisation der Z-Scheiben und Sarkomere führt.

Bei den bisher beschriebenen Patienten, die an BAG3P209L-myofibrillärer Myopathie leiden, wurde über ein hohes Maß an Heterogenität berichtet. Es ist unklar, welche Faktoren die Entwicklung des lebensbedrohlichen Herz- und Skelettmuskelphänotyps beeinflussen und ob und wie der kardiale Phänotyp den Skelettmuskelphänotyp beeinflusst und umgekehrt. Daher werden wir in der zweiten Förderperiode anhand von induzierbaren Mauslinien zur Herz- und Skelettmuskel-spezifischen Expression des hBAG3P209L-Proteins analysieren, ob und wie der Skelettmuskel-Phänotyp den Herz-Phänotyp beeinflusst und umgekehrt und wie der Beginn der hBAG3P209L-Expression die Entwicklung des Herz- bzw. Skelettmuskel-Phänotyps beeinflusst. Darüber hinaus werden wir Herz- und Skelettmuskel-spezifische hBAG3P209L-exprimierende Mäuse mechanischem Stress aussetzen, der durch körperliche Belastung auf einem Laufband induziert wird, um dessen Auswirkung auf die Progression der Krankheit zu untersuchen. Des Weiteren planen wir therapeutische Ansätze für die BAG3P209L-myofibrilläre Myopathie in unserem hBAG3P209L-Mausmodell zu entwickeln und zu testen, indem wir Adeno-assoziierte Viren (AAVs) verwenden, um entweder hBAG3P209L durch Expression von CRISPR/Cas9 auszuschalten oder die Expression von hBAG3P209L durch RNAi zu reduzieren. Um das gesamte Spektrum der BAG3-assoziierten Muskelerkrankungen zu verstehen, werden wir Patienten-spezifische oder Genom-editierte humane iPS-Zelllinien mit der BAG3P209L-Mutation analysieren, sie zu Kardiomyozyten und Skelettmuskelzellen differenzieren und ihren Phänotyp charakterisieren. Zusammenfassend soll in den geplanten Arbeiten festgestellt werden, ob und inwieweit mechanischer Stress zur Pathologie der BAG3P209L-myofibrillären Myopathie beiträgt und ob gentherapeutische Ansätze für die Behandlung dieser tödlichen Krankheit geeignet sind.