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Neue Komponente der Herzmuskulatur entdeckt: WWU-Forscher identifizieren Funktionsweise eines Motorproteins

Mikroskopische Aufnahme des Herzmuskels: Die sich wiederholenden, gestreiften Elemente stellen Sarkomere dar, und die dunklen Strukturen repräsentieren die Mitochondrien (Abb.: Andreas Unger)

Münster (upm) - Damit das Herz richtig arbeiten kann, muss es Muskelkraft aufbringen. Dies geschieht, indem sich zahlreiche Sarkomere, die kleinsten Einheiten des Herzmuskels, verkürzen. Die hierzu notwendige Zugkraft basiert auf der Aktivität von klassischen Motorproteinen, die ihrerseits Proteinfäden des Sarkomers gegeneinander verschieben. Wissenschaftler der Universität Münster (WWU) haben nun in Kooperation mit Kollegen aus dem kanadischen Toronto und dem niederländischen Leiden mehr über die Funktion eines bestimmten Motorproteins herausgefunden, dem Myosin 18A, kurz: Myo18A. Sie entdeckten, dass eine neue Variante des Proteins für die mechanische Stabilisierung des Sarkomers im Herzen verantwortlich ist. Die Ergebnisse könnten dabei helfen, die Grundlagen des Herzmuskel-Aufbaus und dessen Kontraktion besser zu verstehen. Beteiligt an der Studie, die jetzt in der Fachzeitschrift „The Journal of Biological Chemistry“ erschien und darin als Forschungshöhepunkt („Editors’ Pick“) ausgezeichnet wurde, war auch das Institut für Pharmakologie und Toxikologie der Medizinischen Fakultät.

Schon vor ihren Forschungen hatten die Forscher vermutet, dass das Motorprotein Myosin 18A unter anderem für die Fortbewegung von Zellen wichtig ist. Dass es wie sein „Verwandter“, das Myosin 18B (Myo18B), für die Funktion des Herzmuskels eine kritische Rolle spielt, war aber bisher unbekannt. Mithilfe von sogenannten Genexpressionsanalysen beobachteten die Wissenschaftler: Das Gen, das das Protein Myo18A codiert, ist im Herzen von Mäusen während der Embryonalentwicklung in hohem Maße aktiv. Um die Funktion des Proteins zu bestimmen, schalteten die Wissenschaftler das Gen in Mäusen aus. Hierbei zeigte sich, dass diese Veränderung für die sich entwickelnden Embryonen tödlich war –  genauso, wenn das Protein ausschließlich in der Herzmuskulatur ausgeschaltet war. „Das bedeutet im Umkehrschluss, dass das Protein eine wichtige Funktion für das Herz zu haben scheint“, sagt Biologe Dr. Peter Hanley, Gruppenleiter am Institut für Molekulare Zellbiologie der WWU.

In Kooperation mit Dr. Matthias Seidl vom Institut für Pharmakologie und Toxikologie der Medizinischen Fakultät der WWU zeigten die Wissenschaftler, dass eine bisher unbekannte, muskelspezifische Proteinvariante, Myo18Aγ, stark im Herzen exprimiert war – im Gegensatz zu den bereits bekannten Varianten Myo18Aa und Myo18b. Schalteten sie die neu entdeckte Proteinform genetisch aus, störte dies den Aufbau des Sarkomers.

„Unsere Ergebnisse zeigen, dass nicht nur das Myosin Myo18B, sondern auch Myo18A spezielle Funktionen im Sarkomer haben“, sagt Markus Horsthemke, Erstautor der Studie. Die Forscher vermuten, dass Myo18Aγ in erster Linie als Strukturprotein für die mechanische Stabilisierung des Sarkomers verantwortlich und nicht unmittelbar an der Kontraktion des Herzmuskels beteiligt ist.

Bei der Studie handelt es sich um eine Grundlagenforschung. Ob und wann die Ergebnisse zu möglichen Anwendungen führen können, ist derzeit noch nicht absehbar. In weiteren Untersuchungen wollen die Forscher nun entschlüsseln, wie genau Myo18Aγ den Aufbau und die Funktion des Sarkomers reguliert.

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