Pathomechanismen mitochondrialer tRNA-Ile Mutationen

Mutationen des mitochondrialen Genoms sind Ursache verschiedener multisystemischer als auch gewebsspezifischer degenerativer Erkrankungen. Jüngste Untersuchungen an transgenen Mäusen bekräftigen außerdem die seit langem diskutierte Hypothese einer kausalen Rolle mitochondrialer Mutationen beim Altern. Transfer RNA (tRNA) Gene sind überproportional häufig von pathogenen Mutationen betroffen, obwohl sie weniger als 10% des kodierenden Bereichs des mitochondrialen Genoms ausmachen. Trotz ihrer klar definierten Rolle bei der Protein-Biosynthese, sind die kausalen Beziehungen zwischen Genotyp und Phänotyp im Falle von Mutationen scheinbar sehr komplex und bisher nur wenig erforscht. So können Mutationen in ein und demselben tRNA Gen vollkommen verschiedene Erkrankungen hervorrufen. Zur Erforschung der molekularen und zellulären pathogenen Mechanismen von Mutationen des mitochondrialen Genoms hat sich in den letzten Jahren die Verwendung von sogenannten transmitochondrialen Zellinien (Zytoplasmatische Hybride oder kurz Zybride) durchgesetzt. Dabei wird die mitochondriale DNA eines Patienten in eine stabile Zellinie transferiert und kann dadurch unabhängig vom nukleären genetischen Hintergrund des Patienten untersucht werden. Wir werden diese Zybrid-Technologie verwenden um 5 pathogene Mutationen des mitochondrialen tRNA Ile-Gens zu charakterisieren. Obwohl alle Mutationen das gleiche Gen betreffen haben sie doch bei den betroffenen Patienten vollkommen verschiedene Erkrankungen verursacht: Ophthalmoplegie verbunden mit einer belastungsabhängigen Muskelschwäche in einem Fall, Kardiomyopathie, degenerative Enzephalopathie oder eine heterogene multisystemische Erkrankung in anderen Fällen. Ziel des Projektes ist die genauen molekularen Veränderungen und die daraus resultierenden zellulären Konsequenzen jeder Mutation zu erforschen. Die Ergebnisse sollen zeigen, ob den unterschiedlichen klinischen Erscheinungen bestimmte molekulare Defizite zugrunde liegen. Mit anderen Worten, gibt es ein bestimmtes Muster molekularer and zellulärer Beeinträchtigungen welches charakteristisch für Mutationen ist die z.B. Kardiomyopathie verursachen im Gegensatz zu solchen die eine isolierte Enzephalopathie hervorrufen? Ein detailliertes Verständnis mutationsbedingter pathogener Mechanismen kann von entscheidender Bedeutung für die Entwicklung neuer Therapieansätze sein, ein Punkt der besonders bei Erkrankungen für die es derzeit keine Behandlungsmöglichkeit gibt, wesentlich ist.

Mutationen des mitochondrialen Genoms sind Ursache verschiedener multisystemischer als auch gewebsspezifischer degenerativer Erkrankungen. Jüngste Untersuchungen an transgenen Mäusen bekräftigen außerdem die seit langem diskutierte Hypothese einer kausalen Rolle mitochondrialer Mutationen beim Altern. Transfer RNA (tRNA) Gene sind überproportional häufig von pathogenen Mutationen betroffen, obwohl sie weniger als 10% des kodierenden Bereichs des mitochondrialen Genoms ausmachen. Trotz ihrer klar definierten Rolle bei der Protein-Biosynthese, sind die kausalen Beziehungen zwischen Genotyp und Phänotyp im Falle von Mutationen scheinbar sehr komplex und bisher nur wenig erforscht. So können Mutationen in ein und demselben tRNA Gen vollkommen verschiedene Erkrankungen hervorrufen. Zur Erforschung der molekularen und zellulären pathogenen Mechanismen von Mutationen des mitochondrialen Genoms hat sich in den letzten Jahren die Verwendung von sogenannten transmitochondrialen Zellinien (Zytoplasmatische Hybride oder kurz Zybride) durchgesetzt. Dabei wird die mitochondriale DNA eines Patienten in eine stabile Zellinie transferiert und kann dadurch unabhängig vom nukleären genetischen Hintergrund des Patienten untersucht werden. Wir werden diese Zybrid-Technologie verwenden um 5 pathogene Mutationen des mitochondrialen tRNA IIe -Gens zu charakterisieren. Obwohl alle Mutationen das gleiche Gen betreffen haben sie doch bei den betroffenen Patienten vollkommen verschiedene Erkrankungen verursacht: Ophthalmoplegie verbunden mit einer belastungsabhängigen Muskelschwäche in einem Fall, Kardiomyopathie, degenerative Enzephalopathie oder eine heterogene multisystemische Erkrankung in anderen Fällen. Ziel des Projektes ist die genauen molekularen Veränderungen und die daraus resultierenden zellulären Konsequenzen jeder Mutation zu erforschen. Die Ergebnisse sollen zeigen, ob den unterschiedlichen klinischen Erscheinungen bestimmte molekulare Defizite zugrunde liegen. Mit anderen Worten, gibt es ein bestimmtes Muster molekularer and zellulärer Beeinträchtigungen welches charakteristisch für Mutationen ist die z.B. Kardiomyopathie verursachen im Gegensatz zu solchen die eine isolierte Enzephalopathie hervorrufen? Ein detailliertes Verständnis mutationsbedingter pathogener Mechanismen kann von entscheidender Bedeutung für die Entwicklung neuer Therapieansätze sein, ein Punkt der besonders bei Erkrankungen für die es derzeit keine Behandlungsmöglichkeit gibt, wesentlich ist.