Lamin A - LAP2alpha Komplex und menschliche Erbkrankheiten

Lamina-assoziiertes Polypeptide 2 alpha (LAP2a) ist ein Mitglied der LAP2 Proteinfamilie, das nicht in der Kernmembran verankert ist, sondern zusammen mit Lamin A im Kerninneren ein strukturelles Proteingerüst bildet. Aufgrund seiner dynamischen Interaktion mit Chromatin im Verlauf des Zellzyklus wird eine Funktion des Proteinkomplexes bei der strukturellen Organisation der Chromosomen vermutet. Mutationen im Lamin A Gen verursachen menschliche Erbkrankheiten (Laminopathien), die Skelettmuskel, Herz, und Fettgewebe betreffen. Die molekularen Mechanismen die zu den Krankheitsbildern führen, könnten durch strukturelle Defekte im Zellkern oder durch Störungen in der Genexpression verursacht werden. In diesem Projekt werden wir fundamentale Fragen bezüglich der zellulären Funktion von Lamin A-LAP2a Komplexen untersuchen und eine mögliche Rolle von LAP2a bei der menschlichen Erbkrankheit analysieren. Wir werden die molekulare Struktur von LAP2a oder Lamin A - LAP2a Komplexen auf ultrastruktureller Basis analysieren. Durch in vitro Bindungsstudien und in in vivo Zellkulturmodellen werden wir den Einfluß der krankheitsrelevanten Lamin A Mutationen auf den Lamin A - LAP2a Komplex untersuchen. Weiters planen wir mit zwei unterschiedlichen Ansätzen, wie Yeast-two-Hybrid Analyse und Affinitätschromatographie kombiniert mit Massenspektrometrie (MALDI-TOF), neue Bindungspartner von Lamin A oder LAP2a in den von der Krankheit betroffenen Zelltypen zu identifizieren und mit molekularbiologischen, biochemischen und zellbiologischen Methoden zu charakterisieren. Schließlich planen wir in Mäusen das LAP2a Gen zu deaktivieren um die Rolle des Proteins in Laminopathien im Organismus zu testen. Dabei verwenden wir eine Strategie, die es erlaubt das LAP2 Gen selektiv in spezifischen Geweben in der Maus auszuschalten, um Zelltyp-spezifische Funktionen von LAP2a analysieren zu können. Von den Ergebnissen aus diesem Projekt erwarten wir uns neue fundamentale Informationen über die zellulären Funktionen der Lamina und ihrer Rolle bei menschlichen Erbkrankheiten. Diese Informationen sind notwendig um in Zukunft effiziente Methoden und Reagenzien zur Krankheits-Prognose, Diagnose, und Behandlung zu entwickeln.

Lamine sind wichtige Proteine im Zellkern von Säugetierzellen und sind an vielen essentiellen Prozessen, wie der Verdoppelung der DNA und der Kontrolle der Genexpression bei der Entwicklung von Geweben beteiligt. Einige Lamine, die als B-Typ Lamine bezeichnet werden, sind essentiell für die frühe embryonale Entwicklung eines Organismus. A-Typ Lamine, hingegen, sind erst nach der Geburt für die Erhaltung der Funktion vieler Gewebe notwendig. Mutationen in A-Typ Laminen führen zu seltenen Erkrankungen beim Menschen, die sich erst nach der Geburt im Laufe der Kindheit klinisch bemerkbar machen und viele unterschiedliche Gewebe betreffen können, wie Herz, Skelettmuskel, Skelett, Fett und neuronales Gewebe, oder das "vorzeitige Altern" Syndrom auslösen können. Trotz der enormen Bedeutung der Lamine in der Entwicklung und bei menschlichen Krankheiten kennt man ihre molekularen Funktionen und ihre genaue Rolle bei der Krankheitsentstehung noch sehr unzureichend. Gerade diese Kenntnis ist aber für eine verlässliche Diagnose und effiziente Therapie notwendig. Ein Ansatz zur Erzielung neuer Erkenntnisse über die molekularen Funktionen von Laminen ist die Identifizierung und Charakterisierung von spezifischen Bindungspartnern. Wir haben uns in diesem Forschungsprojekt auf ein Protein namens Lamina-assoziiertes Polypeptide 2alpha (LAP2a) konzentriert, das spezifisch an A-Typ Lamine bindet und eine Rolle bei der Entstehung der Krankheiten haben kann. Unsere Studien haben zumindest zwei unterschiedlich Funktionen des Proteins erkennen lassen. LAP2a scheint eine wichtige Funktion bei der dynamischen Organisation der Chromosomen im Zellkern während der Zellteilung zu haben, ein Prozess der für die gleichmäßige Aufteilung des Erbmaterials auf die beiden Tochterzellen wichtig ist. Diese Funktion dürfte allerdings nichts mit dem pathologischen Erscheinungen bei den menschlichen Erkrankungen zu tun haben. Unerwarteterweise haben wir eine zweite Funktion von LAP2a in der Regulation des Wachstums und der Differenzierung von adulten Stammzellen entdeckt, die für die Regeneration vieler Gewebe Bedeutung hat. Unsere Studien in menschlichen Zellkulturen zeigten, dass Komplexe von LAP2a und A-Typ Laminen für die effiziente Differenzierung von adulten Stammzellen in die entsprechenden Gewebs-spezifischen Zellen wichtig sind. Auch in transgenen Mausmodellen, in denen wir das für LAP2a kodierende Gene deletiert haben, fanden wir, dass besonders Gewebe mit einer hohen Regenerationsrate Abnormalitäten aufwiesen. Unsere Daten haben enorme Bedeutung für die menschlichen Erkrankungen die mit Lamindefekten in Zusammenhang stehen. Im Gegensatz zu früheren Krankheitshypothesen, bei denen eine Degeneration der betroffenen Gewebe angenommen wurde, deuten unsere Studien auf einen Defekt bei der Gewebsregeneration in den Patienten hin.