DMPK-Expression und -Lokalisation

Die Bemühungen, zunächst die Beziehung zwischen der DM-Pathologie und den erweiterten Trinukleotid-Wiederholungen im DMPK-Gen zu verstehen, umfassen die Analyse der DMPK-mRNA-Spiegel in Patientengeweben. Die meisten dieser Studien haben ergeben, dass DM1-Mutationen zu einer Abnahme der gesamten DMPK-mRNA führen. Basierend auf mRNA-Daten wurde festgestellt, dass das Herz von DM-Betroffenen und die Skelettmuskulatur einen niedrigen DMPK-Proteingehalt im Herzen aufweisen. Im Skelettmuskel von DM1-Patienten wurde eine Abnahme der DMPK-Konzentration auf etwa 50 % festgestellt, und der Rückgang des Proteins schien unabhängig von der CTG-Wiederholungslänge zu sein. Diese Studien deuten darauf hin, dass eine unzureichende Haplotype-Funktion ein potenzieller Mechanismus für die Krankheitsausprägung ist, die DMPK-Expression der mutierten Allele ist stark reduziert, während die normale Expression der nicht betroffenen Allele ebenfalls stark reduziert ist. Bezüglich des Expressionsmusters von DMPK im Gewebe zeigte die In-situ-Hybridisierungsanalyse, dass DMPK-mRNA in einer Reihe von adulten Mausgeweben exprimiert wurde, darunter Skelettmuskel, Herz, glatte Muskulatur, Knochen, Hoden, Hypophyse, Gehirn, Auge, Haut, Thymus, Lunge, Darmepithel, Knorpel und Leber. In Ovar, Pankreas oder Niere wurde keine DMPK-mRNA nachgewiesen. In sich entwickelnden Maus-Embryonen wird DMPK-mRNA hauptsächlich in der Skelettstruktur der Lunge und des Darms, in allen Hauptmuskeln des Herzmuskels, der Muskulatur und der glatten Muskulatur nachgewiesen.

Struktur und Aktivität von DMPK

Der phylogenetische Baum, der DMPK enthält, umfasst auch ROCK (auch bekannt als Rho-Kinase), die ursprünglich als Vermittler der Bildung der Myosin-Leichtketten (MLC) durch die Wirkung von durch RhoA induzierten Stressfasern und Fokalplaque beschrieben wurde. Cell division control protein 42 (Cdc42) binding kinase (MRCK) und Grapefruit-Kinase sind mit DMPK verwandt. Typischerweise bestehen diese Kinasen aus einer aminoterminalen Kinasedomäne, gefolgt von einer potenziellen Coiled-Coil-Bildungsregion und einem weiteren funktionellen Motiv am Carboxy-Terminus.

DMPK-Zielstrukturen

DMPK bevorzugt ein Argininrest (Serin oder Threonin) stromaufwärts der Phosphatrezeptorstelle, gefolgt von einem hydrophoben Rest (Leucin oder Valin) und dann einer weiteren Peptidbasis von Arginin. Dieses Konsensusmotiv -RxxS/TL/VR- ähnelt PKC, das bevorzugt stromaufwärts und stromabwärts basische Reste hat, und weist Ähnlichkeiten zu CaMK II und Phosphorylase-Kinase auf, die bevorzugt stromabwärts hydrophobe Reste haben. Daher scheint das DMPK-Phosphorylierungsmotiv sich mit anderen, zuvor beschriebenen Kinaseklassen zu überschneiden, unterscheidet sich jedoch von diesen. Das Screening einer Bibliothek von etwa 35 synthetischen Peptiden zeigte, dass die optimale DMPK-Substratsequenz aus 3 bis 4 Arginin- (oder Lysin-) Resten an verschiedenen Positionen am N-Terminus des Phosphatrezeptors bestehen sollte. Beide Studien haben das kleinste DMPK-Substrat-Konsensusmotiv mit einer positiv geladenen Aminosäure an der -2-Position des Ser/Thr-Phosphatrezeptors und einem hydrophoben Rest an der +1-Position identifiziert.

DMPK-Funktionen

1. Integrität der Skelettmuskulatur

DMPK wird hauptsächlich in Skelettmuskel und Myokard exprimiert. Im Skelettmuskel enthält das DMPK-Gen einen schwach aktiven Promotor, der mit Enhancer-Elementen im ersten Intron mit einer konservierten MyoD-reaktiven E-Box zusammenarbeitet. In L6E9- und C2C12-Muskelzellen wird die Expression von DMPK durch typische myogene Signalwege (d. h. Phosphatidylinositol-3-Kinase, Nuklearfaktor B, Stickstoffmonoxid-Synthase und p38-Mitogen-aktivierte Proteinkinase) hochreguliert, was die funktionelle Bedeutung von DMPK unterstützt.

2. Zieluntereinheit der Myosinphosphatase

DMPK phosphoryliert in vitro die C-terminale Domäne der Zieluntereinheit der Myosinphosphatase (MYPT1) in ähnlicher Weise wie Rho-Kinase, und diese Phosphorylierung hemmt die Phosphataseaktivität von MYPT1. Eine Folge der Hemmung der Myosinphosphatase ist die Erhöhung des Phosphorylierungsgrades der Myosin-Leichtkette, was zu einer Ca2+-Sensitivierung in glatter Muskulatur und zu zytoskelettalen Umstrukturierungen (Zunahme von Stressfasern und Fokaladhäsionen) in nicht-muskulären Zellen führt. Weitere Studien zum Phosphorylierungsstatus und zur Aktivität von MYPT1 in DMPK-Knockout- und DMPK-überexprimierenden Mäusen könnten uns helfen, die Rolle von DMPK bei der zytoskelettalen Reorganisation zu verstehen.

3. Zellstoffwechsel

DMPK wird stark im Muskel exprimiert, der ein zentrales Zielgewebe für die insulinabhängige Regulation des Glukosestoffwechsels ist [68]. Wir haben kürzlich gezeigt, dass dmpk−/−-Mäuse eine verringerte Insulinsensitivität in Herz- und Skelettmuskulatur, aber eine normale Insulinsignalisierung im Fettgewebe und in der Leber aufweisen, in denen DMPK nicht nachgewiesen wird [69]. Dmpk−/−-Mäuse zeigen eine beeinträchtigte, insulininduzierte Glukoseaufnahme und GLUT4-Translokation im Muskel. Die Stoffwechselveränderung bei dmpk−/−-Mäusen spiegelt sich in Glukoseintoleranz und erhöhten zirkulierenden Insulin- und Lipidspiegeln bei gefütterten Mäusen wider. Wie bei DM1-Patienten zeigen dmpk−/−-Mäuse in Glukosetoleranztests höhere Plasmainzulinkonzentrationen als Wildtyp-Mäuse.

Referenz

1. Kaliman P; et al. Myotonische Dystrophie-Proteinkinase (DMPK) und ihre Rolle in der Pathogenese der myotonischen Dystrophie 1. Cellular Signalling, 2008, 20(11):1935-1941.