Signalnetzwerke in quergestreiften Muskelzellen

In diesem Forschungsschwerpunkt beschreiben wir systematisch phosphorylierungsabhängige Signalwege und identifizieren ihre spezifischen Ziele in mechanisch belasteten Myozyten. Phosphosignalnetzwerke umfassen reversible und ortsspezifische Phosphorylierungsreaktionen, die von Kinasen und Proteinphosphatasen gesteuert werden und die Zellfunktionen und das Zellschicksal bestimmen. Um solche großen Proteinphosphorylierungsnetzwerke zu beschreiben, verwenden wir globale und gezielte quantitative Phosphoproteomik-Ansätze in Kombination mit High-End-Massenspektrometrie-Technologie. Auf der Grundlage unserer Myotube-Phosphoproteomdaten haben wir die myofibrilläre Z-Scheibe als einen Proteinphosphorylierungs-Hotspot in quergestreiften Muskelzellen identifiziert. Insbesondere untersuchen wir die komplexe Regulation des myozytären Signaladaptors und mechanosensitiven Proteins Filamin C (FLNC). Dieses große Aktin-Vernetzungsprotein ist für die Bildung, die Integrität und die Aufrechterhaltung von Sarkomeren unerlässlich. Mutationen des FLNC-Gens führen beim Menschen zu schweren Myopathien und Kardiomyopathien, was die große Bedeutung unserer Forschung für die menschliche Gesundheit und Krankheit unterstreicht.

In unserer aktuellen Arbeit möchten wir ein mechanistisches Verständnis der Funktion und Regulierung von FLNC sowohl unter basalen als auch unter akuten mechanischen Stressbedingungen gewinnen. Bislang haben wir mehr als 30 durch mechanischen Stress regulierte FLNC-Phosphosites identifiziert. Darüber hinaus entdeckten wir, dass die zahlreichen Proteininteraktionen von FLNC sowie seine Dynamik und sein Umsatz durch verschiedene Proteinkinasen und Proteinphosphatasen durch ortsspezifische Phosphorylierungs-/Dephosphorylierungsreaktionen streng reguliert werden. So haben wir beispielsweise herausgefunden, dass die Interaktion zwischen FLNC und FILIP1 phosphoreguliert ist: Während FLNC durch Phosphorylierungen durch AKT und PKCa von der FILIP1-Bindung abgeschirmt wird, wird es unter akutem mechanischem Stress schnell durch PP1 dephosphoryliert, um den FILIP1-vermittelten FLNC-Abbau zu fördern. Wir schlagen vor, dass eine präzise Phosphoregulation von FLNC der Schlüssel zur Stabilisierung und Aufrechterhaltung von Sarkomeren in Skelettmuskelzellen während akuter mechanischer Belastung ist, was wir derzeit im Detail untersuchen.