Adenosin-Metabolismus und Protein-Homöostase

Der Abbau von geschädigten oder falsch gefalteten Proteinen ist ein wesentlicher Mechanismus der Qualitätskontrolle zellulärer Proteine und damit entscheidend für die Funktion und Lebensfähigkeit von Zellen. Bei zahreichen Erkrankungen wie z.B. Herzinsuffizienz, M. Alzheimer und M.Parkinson ist der Abbau geschädigter Proteine beeinträchtigt. Adenosin ist eine kardioprotekive Substanz, die in Herzmuskelzellen kontinuierlich gebildet wird und deren Konzentration bei mangelhafter Versorgung mit Sauerstoff dramatisch ansteigt. Kürzliche Befunde unserer Arbeitsgruppe weisen auf einen neuartigen Zusammenhang zwischen dem Adenosinstoffechsel und Proteinhomöostase im Herzen nahe. Adenosin wird durch Adenosin- kinase (ADK) phosphoryliert und von Adenosindeaminase abgebaut. In Herzen von Mäusen mit genetischem ADK-Knockout akkumulieren missgefaltete Proteine bereits unter normalen Bedingungen, und die Tiere entwickeln bei Belastung verstärkte Herzhypertrophie und Herz- insuffizienz. Umgekehrt steigert ADK-Überexpression den Proteinabbau in Adenosin- behandelten Kardiomyozyten. Diese Ergebnisse weisen darauf hin, dass ADK ein Bindeglied zwischen dem durch Adenosin angezeigten Energiestatus und der Proteinhomöostase darstellt. Im vorliegenden Projekt sollen die diesen Befunden zugrunde liegenden Mechanismen untersucht werden. Da der ADK-vermittelte Adenosin-Metabolismus in Herzmuskelzellen offenbar die Proteolyse missgefalteter Proteine stimuliert, werden wir mittels etablierter biochemischer Methoden die Aktivität von proteolytischen Signalwegen (Proteasom und Autophagie) in Wildtyp und ADK-knockout Mäuseherzen messen. Weiters werden wir untersuchen, ob die Modulation des Adenosin-Metabolismus die Proteasomaktivität in transgenen Mäusen beeinflusst, die ein fluoreszierendes Reporterprotein exprimieren. Zusätzlich werden wir ATP und Adenin- Nukleotide messen, um herauszufinden, ob der gestörte Proteinabbau in ADK-defizienten Mäusen mit einem verändertem kardialen Energiestaus einhergeht. Durch den Einsatz spezifischer, fluoreszierender Reporter und Manipulation der ADK-Aktivität werden wir die Konsequenzen von hypertrophem und energetischem Stress untersuchen. Der Einfluss der subzellulären Lokalisation von Adenosin- und AMP-Metabolismus soll durch genetische Veränderung zellulärer Kompartiments aufgegeklärt werden. Da die intrazelluläre Adenosinkonzentration bei ATP-Verbrauch ansteigt, könnten unsere Untersuchungen neue Erkenntnisse über die Wechselwirkungen von zellulärem Energiehaushalt und Proteinhomöstase liefern. Die geplanten Studien sollten somit unser Verständnis der Zellphysiologie verbessern und pathologische Prozesse erklären, die bei Herzinsuffizienz und neurodegenerativen Erkrankungen zytotoxische Proteinaggregation auslösen.