Katrin Voß

• Zerebrale kavernöse Malfomationen (CCM) sind vaskuläre Fehlbildungen im Gehirn. Sie sind gekennzeichnet durch stark dilatierte, blutgefüllte Gefäße mit einschichtigem Endothel, denen Merkmale ausgereifter Blutgefäße fehlen. Die klinischen Symptome reichen von Kopfschmerz bis hin zu hämorraghischem Schlaganfall. Eine genaue Vorhersage des Krankheitsverlaufs ist nicht möglich und die neurochirurgische Dissektion ist in der Regel die Therapieform der Wahl. Die genauen molekularen Mechanismen der CCM-Pathogenese sind unbekannt. CCMs tretenZerebrale kavernöse Malfomationen (CCM) sind vaskuläre Fehlbildungen im Gehirn. Sie sind gekennzeichnet durch stark dilatierte, blutgefüllte Gefäße mit einschichtigem Endothel, denen Merkmale ausgereifter Blutgefäße fehlen. Die klinischen Symptome reichen von Kopfschmerz bis hin zu hämorraghischem Schlaganfall. Eine genaue Vorhersage des Krankheitsverlaufs ist nicht möglich und die neurochirurgische Dissektion ist in der Regel die Therapieform der Wahl. Die genauen molekularen Mechanismen der CCM-Pathogenese sind unbekannt. CCMs treten sporadisch oder familiär gehäuft auf und folgen einem autosomal-dominanten Erbgang. Drei krankheitsverursachende Gene wurden in familiären CCMs identifiziert: CCM1/KRIT1, CCM2/MGC4607 und CCM3/PDCD10. Da Patienten mit einer Mutation in einem der drei CCM-Gene denselben klinischen Phänotyp aufweisen, wurde angenommen, dass die CCM-Proteine (CCM1, CCM2 und CCM3) Bestandteile eines molekularen Signalwegs sind. In dieser Arbeit wurde erstmals gezeigt, dass CCM3 mit CCM2 interagiert und zusammen mit CCM1 einen ternären Proteinkomplex bildet. Untersuchungen mit der humanen in-frame CCM2-Deletionsmutante CCM2:p.P11_K68del belegten, dass CCM2 das zentrale Gerüstprotein des CCM1/CCM2/CCM3-Proteinkomplexes ist. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass CCM3 an die Serin/Threonin-Kinase STK25 und an die Fas-assoziierte Phosphatase-1 (FAP-1) bindet. STK25 phosphoryliert CCM3 am Serin 39 und am Threonin 43. Die katalytische Domäne von FAP-1 dephosphoryliert CCM3. Untersuchungen mit der einzig bekannten humanen CCM3-Deletionsmutante, der aufgrund einer in-frame Deletion von Exon 5 im CCM3-Gen 18 Aminosäuren (CCM3:p.L33_K50del) fehlen, belegten zudem, dass in vitro dephosphoryliertes CCM3 Bestandteil des ternären CCM-Proteinkomplexes ist. Während STK25 die Deletionsmutante nicht mehr binden und phosphorylieren konnte, war die Interaktion mit CCM2 und die Bildung des ternären CCMKomplexes nicht beeinträchtigt. Somit könnte CCM3 über die Dephosphorylierung durch FAP-1 und die Phosphorylierung durch STK25 funktionell reguliert werden. Es stellte sich zudem heraus, dass CCM3 durch Induktion von oxidativem Stress mittels H2O2-Behandlung in humanen dermalen mikrovaskulären Endothelzellen herunterreguliert wird. Die in dieser Arbeit beschriebene Charakterisierung von CCM3-Interaktionen bringt CCM3 über seine Interaktionspartner erstmals in Zusammenhang mit molekularen Signalwegen, die an Prozessen der Angiogenese und vaskulären Entwicklung beteiligt sind. Die Ergebnisse liefern wichtige Hinweise für die Entschlüsselung der pathogenen Mechanismen zerebraler kavernöser Malformationen und stellen einen ersten Schritt dar, um andere Behandlungsansätze als den bisher angewandten chirurgischen Eingriff, der multiple Risiken birgt, entwickeln zu können.…
• Cerebral cavernous malformations (CCMs) are vascular lesions in the brain which are characterized by greatly dilated blood-filled vessels without intervening brain parenchyma. The vessels are lined by a monolayer of endothelial cells (EC) and lack characteristics of maturated vessels. The clinical symptoms can vary from headaches to hemorrhagic stroke. The clinical progression is unpredictable and therapeutic interventions are limited to neurosurgical resection. The molecular mechanisms which lead to CCM formation are unknown. CCM lesions occurCerebral cavernous malformations (CCMs) are vascular lesions in the brain which are characterized by greatly dilated blood-filled vessels without intervening brain parenchyma. The vessels are lined by a monolayer of endothelial cells (EC) and lack characteristics of maturated vessels. The clinical symptoms can vary from headaches to hemorrhagic stroke. The clinical progression is unpredictable and therapeutic interventions are limited to neurosurgical resection. The molecular mechanisms which lead to CCM formation are unknown. CCM lesions occur sporadically or in a familial form following autosomal-dominant inheritance. Three genes have been associated with familial CCMs: CCM1/KRIT1, CCM2/MGC4607 und CCM3/PDCD10. Patients carrying a mutation in one of the three CCM genes are phenotypically indistinguishable. Therefore, it was suggested that the three CCM proteins (CCM1, CCM2, and CCM3) are part of one molecular pathway. In this study, we first show that CCM3 interacts with CCM2 and is part of a ternary CCM1/CCM2/CCM3 complex. Studies with the only known human in-frame deletion of exon 2 of the CCM2 gene, which lacks 58 amino acids (CCM2:p.P11_K68del), revealed that CCM2 is the linker molecule between CCM1 and CCM3 and scaffolds the ternary complex. Additionally, it is shown that CCM3 binds to serine/threonine kinase STK25 and to Fas-associated phosphatase-1 (FAP- 1). STK25 phosphorylates CCM3 at serine 39 and threonine 43. The catalytic domain of FAP-1 dephosphorylates CCM3. With the help of the human mutant CCM3:c.97_150del which carries an in-frame deletion of exon 5 of CCM3 and therefore lacks the 18 amino acids (CCM3:p.L33_K50del), we were able to reveal that dephosphorylated CCM3 is part of the ternary CCM complex in vitro. This mutant lacks the STK25 binding and phosphorylation sites but is still able to form a ternary protein complex with CCM1 and CCM2. Therefore, STK25 and FAP-1 could regulate CCM3 function due to their catalytic activities. Finally, it has been proven that induction of oxidative stress by H2O2 down-regulates CCM3 expression in human dermal microvascular endothelial cells. Combined the results link CCM3 to molecules and regulatory processes, which are part of signalling pathways important for angiogenesis and vascular development. Further characterization of CCM3 interactions and their regulatory mechanisms could help to unmask the molecular pathways underlying CCM formation and offer the possibility for an alternative therapeutic treatment other than surgery, which contains multiple risks for patients.…