Identifikation von Vimentin als humanes Katarakt-Gen

Abstract

Vimentin ist das IF-Protein in den Zellen mesenchymalen Ursprungs. In bisherigen in vivo und in vitro Untersuchungen wurde noch kein Bezug zwischen Vimentin und einer spezifischen humanen Erkrankung gezeigt. In der vorliegenden Arbeit wurde in 90 Kataraktpatienten nach Mutationen im Vimentingen gesucht und in einer Patientin wurde eine Vimentinmutation G596A im Exon1 identifiziert. Diese Missensemutation führt zu einem Aminosäureaustausch E151K im 1B-Breich der ’rod’-Domäne und wurde bisher in keiner anderen IF-Erkrankung beschrieben. Die in vitro Charakterisierung dieser Vimentinmutation ergab einen kinetischen Defekt der Filamentbildung sowie die Bildung von Proteinaggregaten in Zellkultur. Mechanistisch verursacht die Vimentin E151K Mutation in vitro eine um 60 % erhöhte Proteasomenaktivität. Dadurch konnte zum ersten Mal eine Assoziation von Vimentin mit einer genetisch bedingten humanen Erkrankung gezeigt werden.<br /> Im in vivo System der Maus wurde die Expression und Funktion der Vimentin R113C Mutation, in Analogie zu Krankheits-verursachenden Mutationen in den IF-Proteinen Desmin und Keratinen, untersucht. Die Gewebe-spezifische Expression der dominant negativen Mutation R113C bewirkte in allen Geweben eine Störung des endogenen Vimentinfilamentsystems, verursachte aber nur in der Linse einen pathologischen Phänotyp in Form eines Katarakts. Die Kataraktbildung wird begleitet von extensiver Proteinaggregation in den Linsenfaserzellen, einer erhöhten Ubiquitinylierung von Vimentin, erhöhter Hsp70-Expression und Proteasomenaktivität sowie von Einstülpungen der Plasmamembran. Überraschenderweise enthalten die sekundären postmitotischen Linsenfaserzellen keine Aggregate, was einen aktiven Abbau nahelegt. Zum ersten Mal konnte in dieser Arbeit gezeigt werden, daß die Expression von mutantem Vimentin in vivo eine Streßantwort der Zelle auslöst und daß Vimentin eine entscheidende Funktion für die Integrität der Linse hat.<br /> Mit Hilfe von bioinformatischen Vorhersagen und Zellkulturexperimenten wurde eine potentielle Funktion von Vimentin in der Sequestrierung des Transkriptionsfaktors Stat3, und damit indirekt in der transkriptionellen Regulation der Expression, postuliert. <br /> Dies muß durch weitere Experimente bestätigt werden. Durch die Verfügbarkeit von Maus- und Zellkulturmodellen besteht die Möglichkeit, die Mechanismen der Kataraktbildung infolge von IF-Mutationen sowie neue Therapieansätze zur Behandlung von Proteinaggregaten weiter zu untersuchen.