Forschungsprojekte

Am Heimer Institut werden wissenschaftliche Studien zu erblichen und erworbenen Muskelerkrankungen durchgeführt. Die Schwerpunkte liegen dabei auf dem Gebiet der Phänotypisierung und Pathogenese-Forschung sowie auf der Entwicklung von neuen Therapieansätzen und der Durchführung von klinischen Studien. Zum Spektrum der aktuell untersuchten Krankheitsgruppen gehören die Protein-Aggregations-Myopathien (PAM), insbesondere die myofibrillären Myopathien (MFM), sowie die autosomalen Gliedergürtelmuskeldystrophien (LGMD) und die sporadische Einschlußkörpermyositis (sIBM)

Fluoreszenzmikroskop Proteomanalysen bei sIBM

Proteomanalysen bei sIBM

Fluoreszenzmikroskop Patientenregister

Aufbau eines Patientenregisters für Protein-Aggregations-Myopathien

Fluoreszenzmikroskop Therapiestudien

Therapiestudien an MFM-Zellmodellen

Fluoreszenzmikroskop Identifikation neuer PAM-Gene

Kombination von Proteomanalysen und Next Generation Sequencing zur Identifikation neuer PAM-Gene

Fluoreszenzmikroskop Proteomanalysen

Proteomanalysen bei myofibrillären Myopathien

Fluoreszenzmikroskop Zell- und Maus-Modelle

Charakterisierung von Zell- und Maus-Modellen der MFM

Fluoreszenzmikroskop Morphologische Analysen

Etablierung morphologischer Analysen bei primären humanen Myoblasten

Fluoreszenzmikroskop Regenerationsmarker

ATOH8: ein neuer Regenerationsmarker bei hereditären und entzündlichen Myopathien

Fluoreszenzmikroskop Rippling-Myopathie

Immunogene Rippling-Myopathie

Proteomanalysen bei myofibrillären Myopathien

Myofibrilläre Myopathien (MFM) sind erbliche Muskelerkrankungen, die durch eine fokale Desintegration von Myofibrillen sowie durch massive Proteinaggregationen in Muskelfasern charakterisiert sind. Sie führen zu progredienten Paresen mit meist schweren körperlichen Beeinträchtigungen. Die Lebenserwartung kann insbesondere bei einer Beteiligung der Atemmuskulatur sowie bei einer begleitenden Kardiomyopathie deutlich reduziert sein. Die bisher bekannten MFM-Gene kodieren Proteine, die an der Z-Scheibe lokalisiert oder mit dieser assoziiert sind. Bei etwa 50% der MFM-Patienten ist der ursächliche Gendefekt allerdings noch unbekannt. Die Therapie der MFM ist bislang rein symptomatisch.

In Kooperation mit dem Medizinischen Proteom-Center der Ruhr-Universität Bochum (MPC, Leiterin Prof. Dr. Katrin Marcus) haben wir eine hochsensitive Methode etabliert, um die Zusammensetzung der Proteinaggregate bei MFM aufzuschlüsseln. Hierbei werden Aggregate und Kontrollgewebe aus Muskelschnitten von MFM-Patienten mittels Laser-Mikrodissektion ausgeschnitten und anschließend massenspektrometrisch analysiert. Hierdurch können hunderte Proteine in den Proben identifiziert werden. Ein Label-freies Verfahren zur relativen Quantifizierung ermöglicht darüber hinaus die Detektion von Proteinen, die sich signifikant in den Aggregaten anreichern. Diese Untersuchungen liefern wertvolle neue Informationen über krankheitsrelevante Proteine und Signalwege, die unser Verständnis der Pathogenese der MFM erweitern. Zudem konnten wir bereits für verschiedene MFM-Formen spezifische proteomische Profile und Biomarker identifizieren, die bei der differentialdiagnostischen Abklärung von Protein-Aggregations-Myopathien hilfreich sind.

Zur Erweiterung der vorgenannten proteomischen Analysen arbeiten wir derzeit an der Etablierung von neuen Verfahren zur absoluten Proteinquantifizierung in Muskelproben sowie zur Quantifizierung von Kernproteinen.

Fluoreszenzmikroskop
Bildunterschrift

Kombination von Proteomanalysen und Next Generation Sequencing zur Identifikation neuer PAM-Gene

Wie bereits erwähnt ist der kausative Gendefekt bei etwa der Hälfte der MFM-Patienten noch unbekannt. Dies gilt auch für andere Formen der PAM. Die Kombination von Proteomanalysen mit modernen molekulargenetischen Analyseverfahren ist ein vielversprechender Ansatz, um neue PAM-Gene zu identifizieren.

Bei diesem Projekt konzentrieren wir uns auf Patienten, bei denen eine PAM histologisch gesichert und Mutationen in bekannten PAM-Genen ausgeschlossen wurden. Zunächst wird das gesamte Exom, d.h. alle Genabschnitte, die potentiell Proteine kodieren, sequenziert (Whole Exome Sequencing, WES). Diese Analysen allein sind in der Regel jedoch wenig aussagekräftig, vor allem wenn nur einzelne Patienten untersucht werden. Das liegt daran, dass durch WES in der Regel Tausende von unklaren genomischen Varianten (UGV) detektiert werden, von denen die meisten keinen Krankheitswert besitzen. Entscheidend ist daher die Filterung der Daten. Hierfür greifen wir auf die Ergebnisse der bei diesen Patienten durchgeführten Proteomanalysen zurück. Hintergrund ist, dass bei den bekannten PAM-Formen meist auch das mutierte Protein in den Proteinablagerungen akkumuliert. Wir fokussieren uns daher bei unserer Panel-Diagnostik auf diejenigen Gene, die die in den Aggregaten angereicherten Proteine kodieren. Die Anzahl der Kandidaten-Gene reduziert sich dadurch von mehr als 20.000 auf etwa 100 bis 200. Vor der Durchführung weitergehender funktioneller Studien wird die Relevanz der in diesen Genen nachgewiesenen UGV durch einen Abgleich mit internationalen Datenbanken und durch in silico-Analysen abgeschätzt.

Fluoreszenzmikroskop
Bildunterschrift

Charakterisierung von Zell- und Maus-Modellen der MFM

In einem DFG-geförderten Netzwerk wissenschaftlicher Arbeitsgruppen wurden verschiedene Zell- und Mausmodelle von MFM-Unterformen etabliert. Zur Charakterisierung dieser Modelle, zur Identifizierung pathogenetisch relevanter Proteine und zur Untersuchung von Signalwegen führen wir Live-Cell-Imaging-Studien, Immunfluoreszenz-Analysen, funktionelle Studien und Proteomanalysen durch.

Fluoreszenzmikroskop
Bildunterschrift

Therapiestudien an MFM-Zellmodellen

Wir testen innovative Therapieansätze zur Behandlung von MFM, z.B. die Induktion von Chaperonen durch Pharmaka, zunächst an Zellkultur-Modellen. Die Evaluation der Effekte dieser Therapien auf die Aggregatbildung, auf relevante Signalwege und auf die Vitalität der Zellen erfolgt u.a. mittels quantitativer Live-Cell-Imaging-Analysen, Immunfluoreszenz- und Western Blot-Studien sowie durch vergleichende Proteomanalysen. Diese Studien dienen als Vorarbeiten für künftige Untersuchungen an Tiermodellen.

Fluoreszenzmikroskop
Bildunterschrift

Aufbau eines Patientenregisters für Protein-Aggregations-Myopathien

In Kooperation mit dem Institut für Neuropathologie der Universität Erlangen, dem Friedrich-Baur-Institut in München und der Klinik für Kardiologie und Angiologie der Universität Heidelberg etablieren wir derzeit ein Patientenregister für Protein-Aggregations-Myopathien. Dieses Register bildet eine wichtige Grundlage für die geplante Überprüfung von neuen Therapien an Patienten im Rahmen von klinischen Studien und im Sinne einer translationalen Forschung.

Fluoreszenzmikroskop
Bildunterschrift

Proteomanalysen bei sIBM

Analog zu unseren Studien bei MFM führen wir auch an sIBM-Proben quantitative Proteomanalysen durch. Hierfür werden rimmed vacuoles und verschiedene Kontrollproben mittels Laser-Mikrodissektion aus Muskelschnitten von sIBM-Patienten gewonnen und massenspektrometrisch analysiert. Diese Untersuchungen liefern wichtige Erkenntnisse über die Zusammensetzung von vakuolären Strukturen und geben Hinweise auf relevante Signalwege und Adaptationsmechanismen.

Fluoreszenzmikroskop
Bildunterschrift

Etablierung morphologischer Analysen bei primären humanen Myoblasten

Zur weiteren Charakterisierung morphologischer Veränderungen und des Zellwachstums sollen primäre humane Myoblasten in vitro untersucht werden. Derzeit erfolgt die methodische Etablierung des Projektes, bei dem u.a. Transfektionsstudien, Immunfluoreszenzuntersuchungen und Analysen mittels live-cell-imaging geplant sind. Die Zellkulturarbeiten werden in Zusammenarbeit mit dem Friedrich-Baur-Institut in München durchgeführt.

Fluoreszenzmikroskop
Bildunterschrift

ATOH8: ein neuer Regenerationsmarker bei hereditären und entzündlichen Myopathien

In einer kürzlich durchgeführten Studie wurde die Muskelzellregeneration bei entzündlichen und hereditären Myopathien untersucht und ein neuer Regenerationsmarker, ATOH8, erstmalig im humanen Skelettmuskel nachgewiesen. Die Arbeiten erfolgten in Zusammenarbeit mit der Abteilung für Anatomie und Embryologie der Ruhr-Universität. Wir konnten zeigen, dass eine vermehrte Expression von ATOH8 in der Frühphase der Skelettmuskelregeneration auftritt. Zudem gab es Hinweise auf Veränderungen der frühen Regenerationsphase insbesondere bei der Einschlusskörpermyositis (IBM).

Fluoreszenzmikroskop
Bildunterschrift

Immunogene Rippling-Myopathie

Wir untersuchen derzeit in Kooperation mit dem MPC und der Neuroanatomie Patienten mit klinischen und histologischen Hinweisen auf eine immunogen bedingte Rippling-Erkrankung. Ziel dieser Analysen ist es, antigene Epitope zu charakterieren, die an der Auslösung und Aufrechterhaltung der autoimmunogenen Erkrankung beteiligt sind. Anhand dieser Aussagen lassen sich zukünftige diagnostische Testverfahren und weitere wissenschaftliche Analysen im Zell- oder Tiermodell dieser Erkrankung entwickeln.

Fluoreszenzmikroskop
Bildunterschrift