Titel:
Pathogenese der spinalen Muskelatrophie: Charakterisierung der spezifischen Rolle des SMN Proteins in Tiermodellen und Zellkulturen von Motoneuronen
Projektleitung an der Universität Würzburg:
Kurzbeschreibung:
Hintergrund:
Die spinale Muskelatrophie ist eine relativ häufige autosomal-rezessive Motoneuronenerkrankung, die durch Deletion bzw. Mutation des SMN – Gens auf dem menschlichen Chromosom 5 verursacht ist. Dieses Gen ist beim Menschen im Gegensatz zu anderen Spezies dupliziert. Das SMN – Genprodukt ist in eine Reihe von zellulären Mechanismen, wie die Assemblierung von spliceosomalen Komplexen und Transkriptionskomplexen involviert, aber auch, wie durch erste Arbeitsergebnisse aus unserer Arbeitsgruppe gezeigt werden konnte, mit RNA – Transportproteinen assoziiert. Die Inaktivierung des Smn – Gens bei der Maus, das im Gegensatz zum Menschen nicht dupliziert ist, ist bereits in der frühen Embryonalentwicklung letal. Die Expression des humanen SMN2, das bei der humanen Erkrankung weder deletiert noch trunkiert ist, führt bei der Maus zum klassischen Krankheitsbild der spinalen Muskelatrophie mit einer Degeneration spinaler Motoneuronen in der frühen Embryonalentwicklung. Allerdings ist die Degeneration der Motoneuronen bei diesem Tiermodell nicht mit Störungen des RNA – Spleissens assoziiert.
Bisherige Ergebnisse:
Im Rahmen dieses Projekts wurden Mäuse mit heterozygoter Inaktivierung des Smn – Gens (1) sowie Mäuse mit transgener Expression des humanen SMN2 – Gens auf einem Maus – Smn-/- Hintergrund (2) etabliert und untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass die Reduktion der Smn – Protein – Dosis zu einer spezifischen Degeneration von Motoneuronen während der postnatalen Entwicklung führt. Diese Erkrankung ist besonders stark ausgeprägt bei Mäusen, bei denen das humane SMN2 – Gen auf einem Smn-/- Hintergrund exprimiert wird. Überraschenderweise wurde festgestellt, dass diese degenerative Erkrankung nicht mit einer Störung des Spleissens von Kandidaten – mRNAs assoziiert ist (1,6). Als nächster Schritt zur Aufklärung der Pathogenese der Motoneuronerkrankung wurde eine Yeast–2 Hybriduntersuchung durchgeführt und hnRNP-R und hnRNP-Q (4) als spezifische Bindungspartner für Smn identifiziert. Diese Proteine sind mit dem Smn – Protein in Axonen von Motoneuronen kolokalisiert. Desweiteren wurde gezeigt, dass die genetische Inaktivierung des Smn – interagierenden Proteins SIP-1/Gemin-2 (5) zu einem ähnlichen, aber nicht identischen Krankheitsbild wie die Inaktivierung des Smn – Gens bei der Maus führt. So konnte erstmalig in einem Tiermodell gezeigt werden, dass der Komplex aus Smn und Gemin2 (3,5) bei der spezifischen Aufrechterhaltung von Motoneuronen während der postnatalen Entwicklung notwendig ist, dass jedoch möglicherweise noch weitere Funktionen von Smn in anderen Komplexen für die Aufrechterhaltung von Motoneuronen notwendig sind.
Ziele für die nächste Förderperiode:
Ziel ist es, die Rolle von SMN im Komplex mit hnRNP-R für den axonalen Transport von mRNAs detailliert aufzuklären. Dazu sollen Untersuchungen mit isolierten Motoneuronen durchgeführt werden, um Axonwachstum und axonale Erregbarkeit bei Motoneuronen aus Mausmutanten mit Mutationen im Smn – Gen zu untersuchen. Wir haben begonnen, Gen – knockout Mäuse für hnRNP-R und hnRNP-Q zu etablieren. Diese Mäuse sollen in der nächsten Förderperiode untersucht werden, um die Hypothese aufzuklären, ob ein Komplex aus hnRNP-R/Q und Smn für die spezifische Degeneration von Motoneuronen verantwortlich ist. Nachdem erste Untersuchungen bereits konkrete Hinweise auf eine spezifische Axonwachstumstörung bei isolierten Motoneuronen aus Smn-/- hSMN2tg Mäusen ergeben haben, soll der Mechanismus der Axonwachstumsstörung bei diesen Tiermodellen im Verbund mit anderen Teilprojekten des Sonderforschungsbereichs, die sich spezifisch mit Mechanismen des Axonwachstums beschäftigen, detailliert weiterverfolgt werden.
Laufzeit: von 07.2000 bis 06.2003
Förderinstitution:
DFG ( SFB581 ) ,Genehmigungsdatum: 23.06.2000