Aufklärung von Pathomechanismen Desmoglein 2 Mutation verursachter Kardiomyopathie

  • Identification of pathomechanisms in desmoglein 2 related cardiomyopathy

Kant, Sebastian; Leube, Rudolf E. (Thesis advisor); Bohrmann, Johannes (Thesis advisor)

Aachen (2016)
Doktorarbeit

Dissertation, RWTH Aachen, 2016

Kurzfassung

Desmosomen sind Zell-Zell-Kontakte, die in allen Epithelien und der Herzmuskulatur ausgebildet werden. Sie verbinden die Intermediärfilamentnetzwerke benachbarter Zellen und Mutationen in Genen, die für desmosomale Proteine kodieren, lösen Haut- und Herzkrankheiten aus. In dieser Arbeit wurde die Pathogenese der arrhythmogenen rechtsventrikulären Kardiomyopathie (ARVC) analysiert. Ziel war, die sequenziellen ARVC Pathogenesestadien zu charakterisieren und spezifischen morphologischen und molekularen Veränderungen zuzuordnen. Hierzu wurden Mauslinien mit Mutationen im desmosomalen Adhäsionsprotein Desmoglein 2 (Dsg2) hergestellt und charakterisiert. Es wurde sowohl eine knock-in Mauslinie (DSG2MT/MT) untersucht, die eine Dsg2-Mutante mit partieller Deletion der extrazellulären Domäne exprimiert, als auch eine konditionale Kardiomyozyten-spezifische knock-out Mauslinie (DSG2 cKO/cKO) etabliert und analysiert. Ein Teil der DSG2 MT/MT Mäuse stirbt bereits während der Embryonalentwicklung, die anderen Tiere werden mit morphologisch unauffälligen Herzen geboren. Sie entwickeln im Alter von 2-4 Wochen umfangreiche verkalkende Läsionen auf Grund nekrotisierender Kardiomyozyten. Immunzellen infiltrieren diese Bereiche und es werden kollagene Fasern eingelagert. Bis zu einem Alter von 12 Wochen flaut die Immunreaktion ab und es entstehen reife Narben. Die folgende chronische Phase ist durch interstitielle Fibrose gekennzeichnet. DSG2 cKO/cKO Tiere wiesen einen nahezu identischen Krankheitsverlauf auf. Die Ähnlichkeit der beiden Tierstämme zeigt, dass der primäre Adhäsionsverlust im Vordergrund der Pathogenese steht und nicht Dsg 2-abhängige Signalwege.Eine Vielzahl von Publikationen weisen dem junktionalen Plaqueprotein Plakoglobin eine zentrale Rolle bei der ARVC Pathogenese zu, da es nicht nur der Aktin- und Intermediärfilamentverankerung dient, sondern auch im Zellkern Einfluss auf den wnt-Signalweg nimmt. Dies basiert vor allem auf einer angeblichen Reduktion von Plakoglobin in den Glanzstreifen. In quantitativen Immunfluoreszenzanalysen wurde daher die Menge an Plakoglobin im Verhältnis zu anderen Glanzstreifenproteinen in unseren Mausmodellen bestimmt. Bis auf eine Abnahme des mutierten Dsg2 in den DSG2 MT/MT-Tieren und der Abwesenheit von Dsg2 in den DSG2 cKO/cKO-Tieren konnten keine Veränderungen nachgewiesen werden. Im Fall von Plakoglobin zeigten zwei verschiedene carboxyterminale Antikörper keine Veränderung, ein aminoterminaler Antikörper jedoch eine signifikante Reduktion. Diese Beobachtung konnte in menschlichen ARVC-Gewebeproben bestätigt werden. Unsere Erklärung ist, dass das aminoterminale Epitop von Plakoglobin in den pathologisch veränderten Glanzstreifen verschwindet. Ein Einfluss auf den wnt-Signalweg lässt sich daraus aber nicht ableiten.Eine präläsional erhöhte mRNA Expression des Skelettmuskelaktin (ACTA1) war eine der ersten identifizierbaren molekularen Veränderungen, die im Krankheitsverlauf weiter zunimmt. Die mRNA-Erhöhung war in Nachbarschaft der entstehenden, TGFβ-produzierenden Läsionen besonders ausgeprägt. In diesen Arealen konnte zudem eine Akkumulation von Aktin im Bereich der Glanzstreifen nachgewiesen werden. Als Ursache der präläsional erhöhten ACTA1 Expression konnte die Aktivierung des SRF Signalwegs durch Mrtf-a identifiziert werden. Diese Signalkaskade wurde zudem in Zellkulturexperimenten als Kardiomyozyten-spezifisch charakterisiert. Das Fehlen von typischen Desmosomen in den beiden mutanten Tierstämmen weist auf einen primären Adhäsionsdefekt durch das mutierte bzw. abwesende Dsg2, der vermutlich den Mrtf-a/SRF-Weg induziert. Die Narben-bedingten veränderten biomechanischen Eigenschaften und die erhöhten TGFβ-Spiegel führen zu einem zusätzlichen Verstärkereffekt.Zusammengefasst unterstützen meine Beobachtungen die Annahme, dass Veränderungen der kardialen Biomechanik kausal an der ARVC-Pathogenese beteiligt sind und einer Plakoglobin-Umverteilung keine grundlegende Bedeutung zukommt. Initiale Kompensationsmechanismen sind während der Adoleszenz und bei extremer körperlicher Belastung insuffizient und führen zu akuten Veränderungen, die tödlich sein können. Die zugrunde liegenden Mechanismen verstärken sich in einem "Teufelskreis", in dem sich strukturelle und funktionelle Veränderungen gegenseitig hochschaukeln. Wenn es gelingt, diese kritische Phase zu überstehen bzw. effizient zu behandeln, sichern komplexe Mechanismen einen stark verlangsamten chronischen Krankheitsverlauf.

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