Protein Kinase N1: Zielmolekül im Schlaganfall

Schlaganfall, eine globale Ursache für Mortalität und neurologische Behinderung, ist zugleich immer noch eine der am wenigsten behandelbaren Erkrankungen, was die Suche nach neuen Behandlungsmöglichkeiten zwingend macht. Zu den mit Hoffnung besetzten neuen Therapieansätzen zählen AKT Kinase- und Adenosin Rezeptor-vermittelte Signalwege.Unsere Untersuchungen der Adenosin Rezeptor/Purinnukleosid- Signalkaskade in Hypoxie/Ischämie legten eine Verknüpfung mit der Serin/Threonin Proteinkinase N (PKN früher auch PRK) in Differenzierung und Überleben nahe. Seither studieren wir im Rahmen des laufenden FWF Projekts (P26002) die Funktion und Regulation der im Gehirn vorherrschenden Isoform PKN1. Wir konnten bisher zeigen, dass PKN1 den AKT Kinase-Signalweg reguliert und demonstrieren eine wichtige pathologische Relevanz dieser Interaktion, sowohl in der neuronalen Entwicklung (zur Nedden et al, Manuskript in Vorbereitung) wie auch in der Neuroprotektion (zur Nedden et al, Manuskript eingereicht). In einem murinen Schlaganfall Modell (MCAo) führte PKN1 knockout zu einem reduzierten Läsionsvolumen und zu einer verbesserten funktionellen Erholung. Einhergehend damit, zeigten PKN1-/- Mäuse eine höhere AKT-Aktivität in der Schlaganfall-betroffenen Gehirnhälfte. Weiters zeigten unsere Resultate, dass das Ausschalten der PKN1 zusätzlich zu seinem Einfluss auf das neuronale Überleben, auch das Wachstum von Axonen positiv beeinflusst. Damit rückt die Hemmung von PKN1 in den Fokus der Entwicklung zukünftiger Schlaganfall-Therapien. Kritische Wissensdefizite existieren aber noch in unserem Verständnis der molekularen Prozesse der Neuron intrinsischen PKN1- Regulation und -Funktion, sowie der spezifischen Interaktion bzw Komplexbildung von PKN1 mit AKT und weiters wie dieser Komplex dann im Folgenden die Funktionalität von Neuronen beeinflusst. Mit dem gegenwärtigen Antrag wollen wir 1. unsere Hypothese, der wichtigen Bedeutung der PKN1/AKT Interaktion für die Neuroprotektion und Neuroregeneration im akuten Schlaganfall, sowie seine Humanrelevanz in humanen neuronalen Zellinien und klinischen Biopsien von Schlaganfallpatienten studieren.

Der Schlaganfall, eine weltweite Ursache für Todesfälle und neurologische Behinderungen, ist nach wie vor eine der am schlechtesten behandelbaren Krankheiten, was die dringende Suche nach neuen Behandlungsmöglichkeiten erforderlich macht. Wir haben die Proteinkinase N1 (PKN1) als einen wichtigen Regulator der Gehirnentwicklung identifiziert 1-4. Um PKN1 als potenzielles Schlaganfall-Target zu validieren, konzentrierte sich das Projekt auf die physiologische und pathophysiologische Rolle von PKN1 im jungen und erwachsenen Gehirn. I) PKN1 in der frühen Gehirnentwicklung Das sich entwickelnde Kleinhirn ist besonders anfällig für Hypoxie-Ischämie, die während der hypoxisch-ischämischen Enzephalopathie (HI) auftritt, einem Zustand, der typischerweise durch Sauerstoffmangel während oder kurz nach der Geburt verursacht wird. In diesem Zusammenhang hat sich die Aktivierung der Pro-Überlebensproteinkinase AKT als vielversprechendes neues Ziel für neuroprotektive Maßnahmen erwiesen. Im Rahmen des Projekts wurde die Rolle von PKN1 in einem In vitro-Modell der HI untersucht, wobei postnatale Kleinhirn-Körnerneuronen verwendet wurden, die von Pkn1-Wildtyp- und Mäusen mit einer Pkn1-Deletion (Pkn1-/- Knockout) stammen. Die Ergebnisse zeigten, dass Pkn1-/- Zellen eine signifikant höhere AKT-Phosphorylierung (pAKT) aufwiesen, was zu einer verbesserten Überlebensrate nach HI führte, was auf einen schützenden Phänotyp von Pkn1-Knockout nach HI hindeutet 4 . II) Physiologische und pathophysiologische Rolle von PKN1 im erwachsenen Gehirn Zu diesem Zweck wurde ein in vivo Schlaganfallmodell mit Pkn1-Wildtyp- und Knockout-Mäusen erstellt. Die Ergebnisse zeigten ein geringeres Hirnläsionsvolumen und eine verbesserte funktionelle Erholung bei erwachsenen Pkn1-/- Mäusen nach einem Schlaganfall. Die Resultate dieser Studie sind daher insofern konsistent, als dass das Fehlen von PKN1 zu einem schützenden Phänotyp führt 5. Allerdings ist die PKN1-vermittelte inhibitorische Regulierung von pAKT im adulten Gehirn reduziert 2,3, was zu Untersuchungen über weitere physiologische und pathophysiologische Funktionen von PKN1 in adulten Neuronen führte. Unsere Studien zeigten, dass PKN1 als zentraler Regulator des zerebralen Energiestoffwechsels fungiert, da Pkn1-/--Gehirngewebe höhere glykolytische Flüsse, pyruvatinduzierte mitochondriale Sauerstoffverbrauchsraten und Adenin-Nukleotid-Spiegel aufwies 5,6. Die signifikanten metabolischen Veränderungen im Pkn1-/- -Gehirn führten zu einem hochgradig protektiven Phänotyp in in vitro und in vivo Schlaganfallmodellen 5. Unsere bahnbrechenden Ergebnisse identifizieren PKN1 als einen neuen Schlüsselregulator des zerebralen Energiestoffwechsels sowohl unter physiologischen als auch pathophysiologischen Bedingungen und etablieren die post-ischämische PKN1-Inhibition als einen vielversprechenden neuen Fokus für zukünftige Schlaganfalltherapien. References: 1.Brunner M, et al. Int J Mol Sci. 2024;25. doi: 10.3390/ijms25052848 2.Safari MS, et al. Front Synaptic Neurosci. 2021;13:640495. doi: 10.3389/fnsyn.2021.640495 3.zur Nedden S, et al. J Clin Invest. 2018;128:2076-2088. doi: 10.1172/JCI96165 4.Zur Nedden S, et al. Biomolecules. 2023;13. doi: 10.3390/biom13111599 5.Zur Nedden S, et al. Metabolism. 2024;161:156039. doi: 10.1016/j.metabol.2024.156039 6.Safari MS, et al. Mol Metab. 2024;88:102018. doi: 10.1016/j.molmet.2024.102018