Lokalisation des mechanisch regulierten Cochaperons BAG3 und ausgewählter Bindepartner in Muskelzellen

Abstract

Zur Erhaltung der Proteostase und somit der Funktionsfähigkeit kontraktiler Muskelzellen ist die zelluläre Maschinerie um das Protein BAG3 von besonderer Bedeutung. BAG3 stellt eine Kernkomponente der CASA, einer Form der Makroautophagie dar, welche durch mechanische Belastung gesteuert werden kann. Filamin ist eine Zielstruktur für den Abbau durch CASA in Muskelzellen, da es durch mechanische Belastung zur irreversiblen Entfaltung kommt. Funktionsfähiges Filamin lokalisiert in quergestreiften Muskelzellen an Aktinfilamenten und in glatten Muskelzellen an Aktinstressfasern und fungiert so als Quervernetzer des Aktins. Ein gestörter Abbau des Filamins führt zur Störung und Veränderung der Muskelarchitektur. <br /> Mikroskopische Analysen aus Glattmuskelzellen konnten einen Zusammenhang der Kolokalisation von BAG3 und Aktin mit steigender mechanischer Belastung zeigen. Einen geänderten Einfluss auf die Lokalisation an Aktin von phosphomimetischen Mutanten verschiedener kraftregulierter Phosphorylierungsstellen des Proteins BAG3 konnte gegenüber dem Wildtyp nicht gezeigt werden. Die Rekrutierung von TSC1 wird durch die phosphomimetischen Mutanten des BAG3 Proteins nicht verhindert und es kommt zu keiner Einschränkung der durch mTORC1 aktivierten Translation von Filamin. <br /> In der quergestreiften Muskulatur kommt es unter mechanischer Belastung zu Filamin-enthaltenen Läsionen, welche mit der Intensität der Belastung proportional zunehmen. Mittels Prästimulation zeigt sich eine Mechanoadaption der Zellen und das Entstehen von Läsionen wird verringert. Durch diesen mechanoprotektiven Mechanismus kann intensiveren Belastungen standgehalten werden. Mikroskopische Analysen der Lokalisation von BAG3 zeigen, dass mit steigender mechanischer Belastung eine verstärkte Lokalisation innerhalb der Läsionen auftritt. Es kann somit ein dynamisches Verhalten von BAG3 beschrieben werden, ebenso zeigen HspB5, FILIP, FILIP1L und XIN/XIRP2 die gleiche Dynamik. Da der BAG3 Bindepartner HspB8 dieses Verhalten nicht zeigen konnte lässt dies auf eine Entkopplung schließen. Die Möglichkeit der Interaktion von BAG3 mit weiteren kleinen Hitzeschockproteinen legt nahe, dass HspB8 austauschbar ist und es unter Veränderung der Interaktionspartner zu einem autophagischen Abbau über BAG3 kommen kann. <br /> Das Protein TDP-43 zeigt unter akuter mechanischer Belastung eine verstärkte zytoplasmatische Lokalisation. Eine Funktion ist die Unterstützung der Bildung von Sarkomeren, indem mRNA aus dem Kern in das Zytoplasma transportiert wird. Ein starker Anstieg von TDP-43 im Zytoplasma kann auch auf unlösliche Aggregate hinweisen, welche in weiteren Analysen untersucht werden müssen. Aufgrund der Prästimulation der Myotuben konnte eine verringerte TDP-43 Lokalisation innerhalb des Zytoplasmas gezeigt werden. <br /> Weitere Untersuchungen in Glattmuskelzellen bezüglich der verschiedenen BAG3 Interaktionspartner, sowie die Entkopplung von HspB8 und deren mögliche Alternativen müssen in weiteren Experimenten bestätigt werden. Für die in quergestreiften Muskelzellen beschriebene Lokalisationsänderungen der Interaktionspartner müssen weitere Analysen zeigen, ob es zu Funktionsänderungen kommt. Auch der Einfluss der Mechanoprotektion muss spezifisch betrachtet werden. Die Untersuchungen dieser Arbeit und weitere Experimente können das Wissen über die Filaminhomöostase und das Verständnis der damit verbundenen Funktion von CASA stärken.