The role of mTOR in alpha-1 antitrypsin deficiency related liver disease

Lossie, Lisa; Zimmer-Bensch, Geraldine Marion (Thesis advisor); Strnad, Pavel (Thesis advisor); Pradel, Gabriele (Thesis advisor)

Aachen : RWTH Aachen University (2023)
Doktorarbeit

Dissertation, RWTH Aachen University, 2023

Kurzfassung

Alpha-1-Antitrypsin-Mangel (AATD) ist eine seltene Erbkrankheit, bei der die durch proteotoxischen Stress verursachte Leberschädigung die zweithäufigste Todesursache ist. Die zugrundeliegende genetische Veränderung reicht jedoch nicht aus, um eine Leberschädigung zu entwickeln und der Krankheitsmechanismus ist noch nicht vollständig geklärt. Da der mTOR-Signalweg ein wichtiger Proteostase Koordinator ist, war es das Ziel meiner Dissertation, seine Bedeutung bei AATD-assoziierter Lebererkrankung (AATD-LD) zu untersuchen. PiZ-Mäuse, die das charakteristische mutierte Z-AAT-Protein überexprimieren, wurden mit Tieren verpaart, die eine hepatozyten-spezifische Ablation von mTOR (mTORΔhep) oder den mTOR-Komplexen 1 oder 2 (mTORC1/2) aufweisen. Die letzteren sind durch die Deletion der Interaktionspartner RAPTOR (RaptorΔhep) oder RICTOR (RictorΔhep) bedingt. Die Daten in dieser Arbeit deuten darauf hin, dass mTOR eine protektive Funktion bei AATD-bedingter Lebererkrankung innehat. Im Alter von zwei Monaten führt die Ablation von mTOR und mTORC1, nicht aber von mTORC2, in PiZ-Mäusen zu einer erhöhten Leberschädigung und Apoptose, trotz verringerter AAT-mRNA und Proteinmenge. Obwohl keine erhöhte Unfolded-Protein-Response (UPR) Aktivität beobachtet wurde, wurden erhöhte Werte des pro-apoptotischen Proteins CHOP festgestellt. Die Kreuzung von PiZ RaptorΔhep Tieren mit konstitutiven CHOP-Knockout-Mäusen konnte dem Phänotyp der PiZ RaptorΔhep Mäuse nicht entgegenwirken. Während PiZ RaptorΔhep Mäuse im Alter von 10 Wochen eine erhöhte Mortalität aufwiesen, wurden keine Auffälligkeiten der Proteinsynthese im Serumproteom festgestellt. Die Mäuse wiesen eine massive Glykogenakkumulation und eine Vergrößerung der hepatozellulären Kerne auf. Letzteres ging mit einer Herunterregulierung der Proliferationsregulatoren epidermal growth factor receptor (EGFR) und hepatocyte growth factor receptor (HGFR) einher. Die erhöhte Sterblichkeit von PiZ RaptorΔhep Mäusen wird mit hoher Wahrscheinlichkeit durch eine toxische Hyperammonämie verursacht, die auf verringerte Spiegel der Glutaminsynthetase (GS) und/oder des Harnstoffzyklusproteins Ornithin-Carbamoyltransferase (OTC) zurückzuführen ist. Dementsprechend waren perizentrale Hepatozyten in PiZ RaptorΔhep Lebern weniger zahlreich und die Zonierung war verändert. Die Ergebnisse dieser Arbeit weisen auf einen wesentlichen Unterschied zwischen der systemischen mTOR-Hemmung und der hepatozyten-spezifischen Proteinreduktion durch genetische Veränderung hin. Die Wirkung der mTOR-Hemmung scheint kontextabhängig zu sein, und ein Gleichgewicht zwischen mTOR-Aktivierung und Hemmung ist der Schlüssel für die adaptive Reaktion bei AATD-bedingter Leberschädigung. Obwohl mTOR-Inhibitoren in der klinischen Routine häufig eingesetzt werden, sollte ihr Einsatz im Zusammenhang mit der zugrundeliegenden AATD-Lebererkrankung sorgfältig überwacht werden.

Einrichtungen

• Fachgruppe Biologie [160000]
• Lehr- und Forschungsgebiet Neuroepigenetik [164620]