Neue Komponente der Herzmuskulatur entdeckt

Forscher identifizieren Funktionsweise des Herz-Proteins Myosin 18A

Biologen der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster haben herausgefunden, dass ein bestimmtes Motorprotein für die mechanische Stabilisierung der kontraktilen Einheiten im Herzen verantwortlich ist. 

Mikroskopische Aufnahme des Herzmuskels. Die sich wiederholenden, gestreiften Elemente stellen Sarkomere dar, die dunklen Strukturen repräsentieren die Mitochondrien.   © WWU Münster / Andreas Unger

Damit das Herz richtig arbeiten kann, muss es Muskelkraft aufbringen. Dies geschieht, indem sich zahlreiche Sarkomere, die kleinsten Einheiten des Herzmuskels, verkürzen. Die hierzu notwendige Zugkraft basiert auf der Aktivität von klassischen Motorproteinen, die ihrerseits Proteinfäden des Sarkomers gegeneinander verschieben. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster (WWU) haben nun in Kooperation mit Forschern aus dem kanadischen Toronto und dem niederländischen Leiden mehr über die Funktion eines bestimmten Motorproteins herausgefunden, dem Myosin 18A, kurz Myo18A. Sie entdeckten, dass eine neue Variante des Proteins für die mechanische Stabilisierung des Sarkomers im Herzen verantwortlich ist. Die Ergebnisse könnten dabei helfen, die Grundlagen des Herzmuskel-Aufbaus und dessen Kontraktion besser zu verstehen. Die Studie ist in der Fachzeitschrift „The Journal of Biological Chemistry“ erschienen und als Forschungshöhepunkt, dem „Editors’ Pick“, ausgezeichnet worden.

Bereits zuvor hatten Forscher vermutet, dass das Motorprotein Myosin 18A unter anderem für die Fortbewegung von Zellen wichtig ist. Dass es wie sein „Verwandter“, das Myosin 18B (Myo18B), für die Funktion des Herzmuskels eine kritische Rolle spielt, war bisher unbekannt.

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Mithilfe von Genexpressionsanalysen beobachteten die Wissenschaftler: Das Gen, das das Protein Myo18A codiert, ist im Herzen von Mäusen während der Embryonalentwicklung in hohem Maße aktiv. Um die Funktion des Proteins zu bestimmen, schalteten die Wissenschaftler das Gen in Mäusen aus. Hierbei zeigte sich, dass diese Veränderung für die sich entwickelnden Embryonen tödlich war – genauso, wenn das Protein ausschließlich in der Herzmuskulatur ausgeschaltet war. „Das bedeutet im Umkehrschluss, dass das Protein eine wichtige Funktion für das Herz zu haben scheint“, sagt Biologe Dr. Peter Hanley, Gruppenleiter am Institut für Molekulare Zellbiologie der WWU.

In Kooperation mit Dr. Matthias Seidl vom Institut für Pharmakologie und Toxikologie der Medizinischen Fakultät der WWU zeigten die Wissenschaftler, dass eine bisher unbekannte, muskelspezifische Proteinvariante, Myo18Aγ, stark im Herzen exprimiert war – im Gegensatz zu den bereits bekannten Varianten Myo18Aα und Myo18β. Schalteten sie die neu entdeckte Proteinform genetisch aus, störte dies den Aufbau des Sarkomers.

„Unsere Ergebnisse zeigen, dass nicht nur das Myosin Myo18B, sondern auch Myo18A spezielle Funktionen im Sarkomer haben“, sagt Markus Horsthemke, Erstautor der Studie. Die Forscher vermuten, dass Myo18Aγ in erster Linie als Strukturprotein für die mechanische Stabilisierung des Sarkomers verantwortlich und nicht unmittelbar an der Kontraktion des Herzmuskels beteiligt ist.

Bei der Studie handelt es sich um Grundlagenforschung. Ob und wann die Ergebnisse zu möglichen Anwendungen führen können, ist derzeit nicht absehbar. In weiteren Untersuchungen wollen die Forscher entschlüsseln, wie genau Myo18Aγ den Aufbau und die Funktion des Sarkomers reguliert.

Förderung:

Die Studie erhielt finanzielle Unterstützung durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft, den Exzellenzcluster „Cells in Motion“ der Universität Münster und die kanadischen Forschungsorganisationen „Genome Canada“ und „Ontario Genomics“.

Originalpublikation:

Horsthemke M. et al. (2019): A novel isoform of myosin 18A (Myo18Aγ) is an essential sarcomeric protein in mouse heart. Journal of Biological Chemistry; DOI: 10.1074/jbc.RA118.004560

Quelle: Uni Münster

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