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.

Publikácie:

Liiv M, Vaarmann A, Safiulina D, Choubey V, Gupta R, Kuum M, Janickova L, Hodurova Z, Cagalinec M, Zeb A, Hickey MA, Huang YL, Gogichaishvili N, Mandel M, Plaas M, Vasar E, Loncke J, Vervliet T, Tsai TF, Bultynck G, Veksler V, Kaasik A (2024). ER calcium depletion as a key driver for impaired ER-to-mitochondria calcium transfer and mitochondrial dysfunction in Wolfram syndrome.. Nat Commun 15: 6143. doi: 10.1038/s41467-024-50502-x.