DMPK-Expression und Lokalisation

Die Bemühungen, zunächst die Beziehung zwischen der DM-Pathologie und den erweiterten Trinukleotidwiederholungen im DMPK-Gen zu verstehen, umfassen die Analyse der DMPK-mRNA-Spiegel in Patientengeweben. Die meisten dieser Studien haben ergeben, dass DM1-Mutationen zu einem Rückgang der gesamten DMPK-mRNA führen. Basierend auf mRNA-Daten wurden das Herz von DM-Patienten und Skelettmuskeln mit niedrigem DMPK-Proteinanteil im Herzen gefunden. In Skelettmuskeln von DM1-Patienten wurde ein Rückgang der DMPK-Konzentration auf etwa 50 % festgestellt, und der Rückgang des Proteins schien unabhängig von der CTG-Wiederholungszahl zu sein. Diese Studien deuten darauf hin, dass eine unzureichende Haplotypfunktion ein potenzieller Mechanismus für den Krankheitsexpression ist, die DMPK-Expression von mutierten Allelen stark reduziert ist, während die normale Expression von nicht betroffenen Allelen stark reduziert ist. Bezüglich des Expressionsmusters von DMPK-Gewebe zeigte die In-situ-Hybridisierungsanalyse, dass DMPK-mRNA in einer Reihe von Geweben erwachsener Mäuse exprimiert wurde, einschließlich Skelettmuskeln, Herz, glatter Muskulatur, Knochen, Hoden, Hypophyse, Gehirn, Auge, Haut, Thymus, Lunge, intestinalem Epithel, Knorpel und Leber. Keine DMPK-mRNA wurde im Eierstock, in der Bauchspeicheldrüse oder in den Nieren nachgewiesen. In sich entwickelnden Mausembryonen wird DMPK-mRNA hauptsächlich in der Skelettstruktur der Lungen und des Darms, in allen Hauptmuskeln des Herzmuskels, in der Muskulatur und in 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 Mediator der Bildung von Myosin-Leichtketten (MLC) durch die Wirkung von Stressfasern und fokalen Plaques, die durch RhoA induziert werden, beschrieben wurde. Die Bindungs-Kinase des Zellteilungssteuerungsproteins 42 (Cdc42) (MRCK) und Grapefruit-Kinase sind mit DMPK verwandt. Typischerweise bestehen diese Kinasen aus einer aminoterminalen Kinase-Domäne, gefolgt von einem potenziellen koilten Coil-bildenden Bereich und einem weiteren funktionalen Motiv am Carboxyterminus.

DMPK-Ziele

DMPK hat bevorzugt ein Arginin-Rest (Serin oder Threonin) stromaufwärts der Phosphatrezeptorstelle, gefolgt von einem hydrophoben Rest (Leucin oder Valin), und dann einer weiteren Peptidbasis von Arginin. Dieses Konsensmotiv -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 zu überlappen, unterscheidet sich jedoch von den zuvor beschriebenen Kinaseklassen. Das Screening einer Bibliothek von etwa 35 synthetischen Peptiden zeigte, dass die optimale DMPK-Substratsequenz aus 3 bis 4 Arginin- (oder Lysin-) Reste an verschiedenen Positionen am N-Terminus des Phosphatrezeptors bestehen sollte. Beide Studien haben das kleinste DMPK-Substrat-Konsensmotiv 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 Skelettmuskeln und Myokard exprimiert. Im Skelettmuskel enthält das DMPK-Gen einen Promotor mit niedrigem Niveau, der mit Enhancerelementen im ersten Intron mit einem konservierten MyoD-reaktiven E-Box arbeitet. In L6E9- und C2C12-Muskeln wird die Expression von DMPK durch typische myogene Signalwege (d.h. Phosphatidylinositol-3-Kinase, nukleärer Faktor B, Stickstoffmonoxid-Synthase und p38-MAPK) hochreguliert, wodurch die funktionale Bedeutung von DMPK unterstützt wird.

2. Zieluntereinheit der Myosin-Phosphatase

DMPK phosphoryliert die C-terminale Domäne der Zieluntereinheit der Myosin-Phosphatase (MYPT1) in vitro, ähnlich wie Rho-Kinase, und diese Phosphorylierung hemmt die Phosphataseaktivität von MYPT1. Eine Folge der Hemmung der Myosin-Phosphatase ist die Erhöhung des Phosphorylierungsniveaus der Myosin-Leichtkette, was zu einer Ca2+-Sensibilisierung in der glatten Muskulatur und zu zytoskelettalen Umstrukturierungen (Zunahme von Stressfasern und fokalen Adhäsionen) in nicht-muskelzellen 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 hochgradig in Muskeln exprimiert, die ein wichtiges Zielgewebe für die insulinabhängige Regulation des Glukosestoffwechsels sind [68]. Wir haben kürzlich gezeigt, dass dmpk−/− Mäuse eine verringerte Insulinsensitivität in Herz- und Skelettmuskeln, aber eine normale Insulin-Signalgebung im Fettgewebe und in der Leber aufweisen, in denen DMPK nicht nachgewiesen wird [69]. Dmpk−/− Mäuse zeigen eine beeinträchtigte insulininduzierte Glukoseaufnahme und GLUT4-Translokation in der Muskulatur. Die metabolische Veränderung bei dmpk−/− Mäusen spiegelt sich in einer Glukoseintoleranz und erhöhten zirkulierenden Insulin- und Lipidspiegeln bei gefütterten Mäusen wider. Wie bei DM1-Patienten beobachtet, zeigen dmpk−/− Mäuse höhere Plasmainsulinkonzentrationen als Wildtypmäuse in Glukosetoleranztests.

Referenz

1. Kaliman P; et al. Myotonic dystrophy protein kinase (DMPK) and its role in the pathogenesis of myotonic dystrophy 1. Cellular Signalling, 2008, 20(11):1935-1941.