APVV-21-0473

Mutácie asociované s Wolframovým syndrómom: rozdielne signálne dráhy v zmysle metabolizmu vápnika a funkcie mitochondrií

Vedúci projektu: Michal Cagalinec

Trvanie: 1. júl 2022 – 30. jún 2026
Koordinujúca organizácia: Ústav experimentálnej endokrinológie BMC, v.v.i. SAV, Bratislava
Spoluriešiteľská organizácia: Ústav molekulárnej fyziológie a genetiky CBv, v.v.i. SAV, Bratislava

Anotácia:

Wolframov syndróm (WS), diagnostikovaný na základe diabetes insipidus, diabetes mellitus, atrofie optického nervu a hluchoty, je spôsobený mutáciami v géne WFS1. V súlade s týmito príznakmi, proteín WFS1 je vo vysokej miere produkovaný v mozgu a pankrease. Okrem toho je popísaná jeho vysoká expres ia aj v srdci; prekvapivo však vo veľkej väčšine prípadov príznaky na srdci pozorované neboli. WFS1 predstavuje intergrálny proteín membrány endoplazmatického retikula (ER) s výrazným vplyvom na metabolizmus vápnika, funkciu mitochondrií a stres ER. Otvorenou otázkou však ostáva, prečo sú β-bunky pankreasu a neuróny pri WS silne poškodené a zmeny v myocytoch sú iba minimálne, keď je v nich WFS1 vysoko exprimovaný? Vysvetlením by mohol byť zatiaľ neznámy kompenzačný mechanizmus prítomný v myocytoch a/alebo odlišné signálne dráhy, ktoré nie sú prítomné v neurónoch/β-bunkách. Preto prvá hypotéza znie: Líši sa metabolizmus vápnika a funkcia mitochondrií v srdcových myocytoch v porovnaní s neurónmi a pankreatickými β-bunkami v prípade poškodenia WFS1? Väčšina prípadov WS predstavuje recesívne mutácie; bolo však identifikovaných aj niekoľko dominantných mutácií. Druhá hypotéza preto znie: Líši sa metabolizmus vápnika a mitochondriálna dynamika v bunkách exprimujúcich patogénne dominantné voči recesívnym mutáciám proteínu WFS1? Úplným unikátom projektu je charakterizácia doteraz nepozorovaného heterozygotného delečného variantu WFS1, ktorý bol len nedávno identifikovaný u prvého slovenského pacienta s WS na ústave žiadateľa a jeho funkčné porovnanie s dominantnými a recesívnymi variantmi. Využitie moderných prístupov vrátane metódy CRISPR/Cas9, optogenetických techník, konfokálnej mikroskopie a know-how navrhovaného výskumného tímu pomôže, aspoň čiastočne, objasniť funkciu WFS1, čo v dlhodobom horizonte poslúži pre vývoj včasnej diagnostiky a efektívnej liečby nielen pacientov trpiacich WS, ale aj pacientov s diabetes mellitus a kardiovaskulárnymi ochoreniami s vysokou prevalenciou.

Kľúčové slová:

diabetes, neurodegeneratívne ochorenia, Wolframov syndróm, Wolframín1, metabolizmus vápnika, morfológia mitochondrií, mitochondriálna dynamika, konfokálna mikroskopia, Crispr/Cas9, elektrónová mikroskopia, imunofluorescencia, planárne lipidové dvojvrstvy

Ciele:

Hlavná hypotéza navrhovaného projektu je, či a ako sa mení:
1. metabolizmus vápnika a mitochondriálna dynamika v srdcových myocytoch v porovnaní s neurónmi a betabunkami pankreasu v prípade poruchy funkcie proteínu Wolframin1 a
2. metabolizmus vápnika a mitochondriálna dynamika pri patogénnych dominantných vs. recesívnych pacientských mutáciách proteínu Wolframin1.