Wissenschaftliche Aktivitäten

Lucie Carrier erhielt ihren naturwissenschaftlichen Doktortitel 1989 an der Universität Grenoble und ihre Habilitation im Jahre 2000 an der Universität Paris 6. Seit 2002 ist sie Forschungsdirektorin des CNRS und seit 2011 Professorin für “Functional Genomics of Cardiomyopathies” am UKE in der Abteilung für Experimentelle Pharmakologie und Toxikologie im Cardiovascular Research Center.
Die Forschungsschwerpunkte der Arbeitsgruppe sind "Genetik, Pathophysiologie und Therapie" sowohl der adulten Formen wie auch der pädiatrischen Formen der hypertrophen Kardiomyopathie (HCM). Die HCM ist eine myokardiale Erkrankung mit den Hauptmerkmalen der linksventrikulären Hypertrophie, diastolischer Dysfunktion und erhöhter interstitieller Fibrose. Sie ist die häufigste monogene Herzerkrankung mit einer geschätzten Prävalenz von 1: 500 in jungen Erwachsenen. Darüber hinaus ist sie die Hauptursache des plötzlichen Todes bei jungen Erwachsenen und mit einem erheblichen Risiko einer Herzinsuffizienz assoziiert. In den meisten Fällen ist sie eine autosomal-dominante Erbkrankheit mit mehr als 1000 Mutationen in mindestens 13 verschiedenen Genen, die für Proteine ​​des Sarkomers kodieren. Das am häufigsten mutierte Gen ist MYBPC3, das für das Myosin-bindende Protein C, cMyBP-C, einer Komponente des Sarkomers, kodiert. MYBPC3 ist in unseren Projekten von zentralem Interesse. In den letzten zehn Jahren gab es zunehmend Literaturberichte, dass homozygote oder compound heterozygote trunkierende Mutationen zu neonatalen HCM-Phänotypen mit schnellem Übergang in systolische Herzinsuffizienz und Tod im ersten Lebensjahr führen.

Wissenschaftliche Erkenntnisse

Genetik der HCM

  • Identification of the CMH4 locus on chromosome 11 (Carrier, Hensgtenberg et al., Nat Genet 1993)
  • Identification of the HCM disease gene MYBPC3 encoding cardiac myosin-binding protein C cMyBP-C; Bonne, Carrier et al., Nat Genet 1995)
  • Determination of the complete structure and organization of the MYBPC3 gene and demonstration that most of the MYBPC3 mutations produce C-terminal truncated proteins (Carrier et al., Circ Res 1997)
  • Evidence that MYH7 and MYBPC3 are the two most frequently mutated genes in HCM and that 5% of individuals with a complex genetic status who exhibit a more severe phenotype (Richard et al., Circulation 2003)
  • Identification of a polymorphism in calmodulin III promoter that modifies the expression of HCM (Friedrich et al., Eur Heart J 2009)
  • Identification of FHL1 and FHL2 as new disease genes for isolated HCM (Friedrich et al., Hum Mol Genet 2012; Friedrich et al., Basic Res Cardiol 2014). Pathophysiologie der HCM · MYBPC3 is expressed exclusively in the heart during human and mouse development (Fougerousse et al, Circ Res 1998)
  • Human truncated cMyBP-C mutants are unstable and mis-incorporated in fetal rat cardiomyocytes (Flavigny et al., J Mol Biol 1999)
  • Heterozygous Mybpc3-targeted knock-out mice develop asymmetric septal hypertrophy, therefore constituting the first model with the major feature of HCM (Carrier, Knöll et al, Cardiovasc Res 2004)
  • Human homozygous R403W mutant cardiac myosin presents disproportionate enhancement of mechanical and enzymatic properties (Keller et al., J Mol Cell Cardiol 2004)
  • cMyBP-C is required for complete relaxation in diastole (Pohlmann et al., Circ Res 2007)
  • Truncated cMyBP-C mutants impair the ubiquitin-proteasome system after gene transfer in cardiomyocytes (Sarikas, Carrier et al., 2005)
  • The E3 ubiquitin ligase Atrogin-1 degrades truncated cMyBP-C but MuRF1 down-regulates the transcription of myosin-heavy chains (Mearini et al., Cardiovasc Res 2010)
  • The nonsense-mediated mRNA decay and ubiquitin-proteasome system regulate the levels of cMyBP-C in targeted Mybpc3-targeted knock-in mice (Vignier*, Schlossarek* et al., 2009)
  • Diastolic dysfunction is the early consequence of the mutation in heterozygous Mybpc3-targeted knock-in mice without hypertrophy (Fraysse*, Weinberger*, Bardswell* et al., J Mol Cell Cardiol 2012)
  • Adrenergic stress revealed UPS impairment in heterozygous Mybpc3-targeted knock-in mice (Schlossarek et al., J Muscle Res Cell Motil 2012) · Evidence for impairment of proteolytic systems with aging in mice with cardiomyopathies (Schlossarek et al., Basic Res Cardiol 2012).
  • The E3 ubiquitin ligase Asb2 targets desmin for proteasomal degradation (Thottakara et al., J Mol Cell Cardiol 2015)
Therapieansätze für die HCM

(1) RNA-based 5’ trans-splicing repairs mutant Mybpc3 mRNA in HCM mice (Mearini, Stimpel et al., Mol Therapy – Nucl Acids 2013)

(2) U7snRNA-mediated exon skipping rescues cardiomyopathy in HCM mice (Gedicke-Hornung, Behrens-Gawlik et al., EMBO Mol Med 2013)

(3) Proteasome inhibition slightly improves cardiac function in HCM mice (Schlossarek et al., Frontiers Physiol 2014)

(4) AAV9-mediated Mybpc3 gene therapy long-term prevents the cardiac disease phenotype in a mouse model that genetically mimics severe forms of pediatric cardiomyopathies (Mearini, Stimpel et al., Nat Commun 2014).

(5) Ranolazine improved tolerance to high workload in mouse HCM cardiomyocytes by antagonizing β-adrenergic stimulation (Flenner, Friedrich et al., Cardiovasc Res 2015

Aktuelle wissenschaftliche Ziele

  • Verständnis der molekularen Mechanismen, wie Mutationen in MYBPC3 und ACTN2 zu HCM führen unter Verwendung von humanen Kardiomyozyten und künstlichem Herzgewebe nach Differenzierung aus induzierten pluripotenten Stammzellen (iPS), CRISPR/Cas9 gene editing und anderen molekularen Therapien.
  • Verständnis der Rolle von cMyBP-C im Autophagie-lysosomalen Stoffwechselweg
  • Das Verständnis der Rolle von Protein-Qualitätskontrollen (Ubiquitin-Proteasom-System, Autophagie-Lysosomen System und der unfolded-protein response) in der Herz-Homöostase, HCM und DCM.
  • Analyse der Myofilament Ca2+-Sensitivität in gehäuteten Muskelstreifen aus HCM-Patienten
  • Analyse von Arrhythmien und Veränderung von Aktionspotentialen in Herzmuskelstreifen eines HCM-Mausmodells und HCM-Patienten.
  • Evaluierung einer MYBPC3 Gentherapie in HCM-Großtiermodellen

Aktuelle Methoden

  • Transgene Mäuse: (1) MYBPC3 Knock-out, (2) MYBPC3 Knock-in (Punktmutation, die zu 3 verschiedenen mutierten mRNAs und / oder Proteinen ​​führt), (3) MYBPC3-M7t transgene (trunkiertes Protein), (4) UbG76V-GFP und GFPdgn transgene Mäuse als UPS-Reporter in vivo, (5) MuRF1-KO-Mäuse (Ubiquitin-E3-Ligase), (6) NBR1-KO-Mäuse (7), GFP-LC3 Mäuse (8) MuRF1-KO Mäuse.
  • Adenoviren, die für Wildtyp cMyBP-C, verschiedene trunkierende cMyBP-C-Mutanten, atrogin-1, MuRF1, UbG76V-dsRed, oder ASB2b kodieren.
  • Adeno-assoziierte Viren, die für Komponenten des kardialen Sarkomers und GFP-LC3 kodieren.
  • DNA-Bank von> 350 nicht verwandten Patienten mit HCM (EUROGENE Herzinsuffizienz Projekt; LEDUCQ Foundation)
  • Maus-Herzphysiologie (Echokardiographie, Messung von Zell und Sarkomerlänge Verkürzung und Ca2+ Transienten von Maus-Muskelzellen ausgewachsener Mäuse mit dem IonOptix System, Messungen der Herzmuskelkontraktionsfähigkeit, Messungen der Kraft-Calcium-Beziehung in gehäuteten Muskelpräparate mit dem AURORA-System)
  • Zellbiologie und Biochemie (Isolierung und Kultivierung von Herzmuskelzellen neugeborener und erwachsener Mäuse, Fluoreszenz und konfokale Mikroskopie, Proteasom-Aktivität, Immunpräzipitation ...)
  • Molekularbiologie (DNA und RNA-Extraktionen, Produktion rekombinanter Proteine, PCR, RT-PCR, quantitativer PCR, Western-Blot-Analyse ...
  • Stabile HEK 293-Zelllinie, die ein Tandemfluoreszenz markiertes LC3-Protein (RFP-GFP-LC3) exprimiert

Aktuelle Kollaborationen

UKE

Ingke Braren, UKE-HEXT-AAV, Hamburg

Sandra Laufer and Aya Shibamiya, UKE-HEXT-Stem cells, Hamburg

Monica Patten, Julia Münch, Tanja Zeller, Stefan Blankenberg, Kardiologie, UKE Deutschland

Zouhair Aherrahrou and Jeanette Erdmann, Universität zu Lübeck

Johannes Backs, Kardiologie, Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg

Stefan Engelhardt, Pharmakologie, TUM, München

Norbert Hübner, MDC, Berlin Sabine Klaassen, MDC und Charité, Berlin

Stephanie Könemann, Universitätsmedizin Greifswald

Markus Krüger, Universität zu Köln

Christian Kupatt and Rabea Hinkel, TUM und LMU, München

Oliver Müller, Kardiologie, Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg

Ole Pless, Fraunhofer IME, Hamburg

Angelika Schnieke, TUM, München

Thomas Thum, MHH, Hannover

Europa

Gisèle Bonne, UPMC - Inserm UMRS 974, CNRS FRE3617, Paris, Frankreich

Mathias Gautel, King’s College, London, UK

Corrado Poggesi, University of Florence, Italien

Thomas Voit, Biomedical Research Centre, Institute of Child Health and Great Ormond Street Hospital Trust, London, UK

Charles Redwood, University of Oxford, UK

Marco Sandri, University of Padova, Italien

Jolanda van der Velden, VUMC, Amsterdam, Niederlande

USA

Joseph Hill, UT Southwest Medical Center, Dallas, TX, USA

Jeffrey Robbins, Children’s Hospital, Cincinnati, OH, USA

Monte Willis, Carolina Cardiovascular Biology Center, Chapel Hill, NC, USA

Aktuelle Förderung

(1) Leducq Foundation (Research grant Nr. 11, CVD 04), 2012-2016: Proteotoxicity: an unappreciated mechanism of heart disease and its potential for novel therapeutics (coordinators J. Robbins, Cincinnati, OH & M. Gautel, London, UK; principal Investigator L. Carrier)

(2) DZHK (Deutsches Zentrum für Herz-Kreislaufforschung), 2015-2018: Hypertrophic cardiomyopathy: from gene identification to individualized therapy (coordinator T. Eschenhagen, Hamburg; principal investigator L. Carrier), plus several collaborative projects within the DZHK.

Ausgewählte Publikationen (von über 128; UKE-Publikationen dick gedruckt)

(1) Pohlmann L, Kröger I, Vignier N, Schlossarek S, Krämer L, Coirault, C, Sultan KR, El-Armouche A, Winegrad, S, Eschenhagen T, Carrier L (2007) Cardiac myosin-binding protein C is required for complete relaxation in intact myocytes. Circ Res 101:928-938.

(2) El-Armouche A, Pohlmann L, Schlossarek S, Starbatty J, Nattel S, Dobrev D, Eschenhagen T, Carrier L (2007) Decreased phosphorylation levels of cardiac myosin-binding protein C in human and experimental heart failure. J Mol Cell Cardiol 43:223-229.

(3) Friedrich FW, Bausero P, Sun Y, Treszl A, Kraemer E, Juhr D, Richard P, Wegscheider K, Schwartz K, Brito D, Arbustini E, Waldenström A, Isnard R, Komajda M, Eschenhagen T, Carrier L (2009) A new polymorphism in human calmodulin III gene promoter is a potential modifier gene for familial hypertrophic cardiomyopathy. Eur Heart J 30:1648-55.

(4) Vignier N*, Schlossarek S*, Fraysse B, Mearini G, Krämer E, Pointu H, Mougenot N, Guiard J, Reimer R, Hohenberg H, Schwartz K, Vernet M, Eschenhagen T, Carrier L (2009) Nonsense-mediated mRNA decay and ubiquitin-proteasome system regulate cMyBP-C mutant levels in cardiomyopathic mice. Circ Res 105:239-248.

(5) Mearini G, Gedicke C, Schlossarek S, Witt, CC, Krämer E, Cao P, Gomes MD, Lecker SH, Labeit S, Willis MS, Eschenhagen T, Carrier L (2010) Atrogin-1 and MuRF1 regulate cMyBP-C levels via different mechanisms. Cardiovasc Res 85:357-366.

(6) Schlossarek S, Englmann D, Sultan K, Sauer M, Eschenhagen T, Carrier L (2012) Defective proteolytic systems in Mybpc3-targeted mice with cardiac hypertrophy. Basic Res Cardiol 107:1-13.

(7) Schlossarek S, Schuermann F, Mearini G, Geertz B, Eschenhagen T, Carrier L (2012) Adrenergic stress reveals septal hypertrophy and proteasome impairment in heterozygous Mybpc3-targeted knock-in mice. J Muscle Res Cell Motil 33:5-15.

(8) Fraysse B*, Weinberger F*, Bardswell S*, Cuello F, Vignier N, Geertz B, Starbatty J, Krämer E, Coirault C, Eschenhagen T, Kentish JC, Avkiran M, Carrier L (2012) Increased myofilament Ca2+ sensitivity and diastolic dysfunction as early consequences of Mybpc3 mutation in heterozygous knock-in mice. *contributed equally. J Mol Cell Cardiol 52:1299-1307.

(9) Friedrich FW, Wilding BR, Reischmann S, Crocini C, Lang P, Charron P, Müller OJ, McGrath MJ, Vollert I, Hansen A, Linke WA, Hengstenberg C, Bonne G, Morner S, Wichter T, Madeira H, Arbustini E, Eschenhagen T, Mitchell CA, Isnard R, Carrier L (2012) Evidence for FHL1 as a novel disease gene for isolated hypertrophic cardiomyopathy. Hum Mol Genet 21: 3237-3254.

(10) Friedrich FW, Dilanian G, Khattar P, Juhr D, Gueneau L, Charron P, Fressart V, Vilquin JT, Isnard R, Gouya L, Richard P, Hammoudi N, Komajda M, Bonne G, Eschenhagen T, Dubourg O, Villard E, Carrier L (2013) A novel genetic variant in the transcription factor ISL1 exerts gain-of-function on Mef2c promoter activity. Eur J Heart Fail 15:267-276.

(11) Crocini C*, Arimura T*, Reischmann S, Eder A, Braren I, Naito H, Hansen A, Eschenhagen T, Kimura A*, Carrier L* (2013) Impact of ANKRD1 mutations associated with hypertrophic cardiomyopathy on cardiac contraction.*Contributed equally. Basic Res Cardiol 108:349-360.

(12) Gedicke-Hornung C*, Behrens-Gawlik V*, Reischmann S, Geertz B, Stimpel D, Weinberger F, Schlossarek S, Précigout G, Braren I, Eschenhagen T, Mearini G, Lorain S, Voit T, Dreyfus PA, Garcia L, Carrier L (2013) Rescue of cardiomyopathy through U7snRNA-mediated exon skipping in Mybpc3-targeted knock-in mice. *Contributed equally. EMBO Mol Med 5:1060-1077.

(13) Mearini G*, Stimpel D*, Krämer E, Geertz B, Braren I, Gedicke-Hornung C, Précigout G, Müller OJ, Katus HA, Eschenhagen T, Voit T, Garcia L, Lorain S, Carrier L (2013) Repair of Mybpc3 mRNA by 5´-trans-splicing in a mouse model of hypertrophic cardiomyopathy. *Contributed equally. Mol Ther Nucleic Acids 2013 Jul 2;2:e102. doi: 10.1038/mtna.2013.31.

(14) Friedrich FW, Reischmann S, Schwalm A, Unger A, Ramanujam D, Münch J, Müller OM, Hengstenberg C, Galve E, Charron P, Linke WA, Engelhardt S, Patten M, Richard P, van der Velden J, Eschenhagen T, Isnard R, Carrier L (2014) FHL2 expression and variants in hypertrophic cardiomyopathy. Basic Res Cardiol 109:451. DOI: 10.1008/s00395-014-0451-8.

(15) Mearini G*, Stimpel D*, Geertz B, Weinberger F, Krämer E, Schlossarek S, Mourot-Filiatre J, Stöhr A, Dutsch A, Wijnker PJM, Braren I, Katus HA, Müller OJ, Voit T, Eschenhagen T, Carrier L (2014) Mybpc3 gene therapy for neonatal cardiomyopathy enables longterm disease prevention in mice. *Contributed equally. Nat Commun 5:5155. Doi: 10.1038/ncomms6515.

(16) Schlossarek S, Singh S, Geertz B, Schulz H, Reischmann S, Hübner N, Carrier L (2014) Proteasome inhibition partially rescues the disease phenotype in mice with hypertrophic cardiomyopathy. Front Physiol Dec 16;5:484.

(17) Thottakara T, Friedrich FW, Reischmann S, Braumann S, Krämer E, Juhr D, Schlüter H, Lutz P, Eschenhagen T, Moog-Lutz C, Carrier L (2015) The E3 ubiquitin ligase Asb2β is downregulated in a mouse model of hypertrophic cardiomyopathy and targets desmin for proteasomal degradation. J Mol Cell Cardiol 87:214-224.

(18) Flenner F, Friedrich FW, Ungeheuer N, Christ T, Geertz B, Reischmann S, Wagner S, Stathopoulou K, Söhren K, Weinberger F, Schwedhelm E, Cuello F, Maier L, Eschenhagen T, Carrier L (2015) Ranolazine antagonizes catecholamine-induced dysfunction in isolated cardiomyocytes, but lacks long-term therapeutic effects in vivo in a mouse model of hypertrophic cardiomyopathy. Cardiovasc Res, in press

Ausgewählte Übersichtsarbeiten

(1) Mearini G, Schlossarek S, Willis M, Carrier L (2008) The ubiquitin-proteasome system in cardiac dysfunction. Biochem Biophys Acta 1782:749-763.

(2) Carrier L, Schlossarek S, Willis M, Eschenhagen T (2010) Ubiquitin-proteasome system and nonsense-mediated mRNA decay in hypertrophic cardiomyopathy. Cardiovasc Res 85:230-238.

(3) Schlossarek S, Mearini G, Carrier L (2011) Cardiac myosin-binding protein C in hypertrophic cardiomyopathy: mechanisms and therapeutic opportunities. J Mol Cell Cardiol 50:613-620.

(4) Schlossarek S, Carrier L (2011) The ubiquitin-proteasome system in cardiomyopathies. Curr Opin Cardiol 26: 190-195.

(5) Marston S, Copeland O’Neal, Gehmlich K, Schlossarek S, Carrier L (2012) How do MYBPC3 mutations cause hypertrophic cardiomyopathy? J Muscle Res Cell Motil 33:75-80.

(6) Friedrich FW, Carrier L (2012) Genetics of hypertrophic and dilated cardiomyopathy. Curr Pharm Biotechnol 13, 2467-2476. (7) Schlossarek S, Frey N, Carrier L (2014) Ubiquitin-proteasome system and hereditary cardiomyoapthies. J Mol Cell Cardiol 71:25-31

(8) Behrens-Gawlik V, Mearini G, Gedicke-Hornung C, Richard P, Carrier L (2014) MYBPC3 in hypertrophic cardiomyopathy: from mutation identification to RNA-based correction. Pflugers Arch – Eur J Phyiol 466:215–223.

(9) Carrier L, Mearini G, Stathopoulou K, Cuello F (2015) Cardiac myosin-binding protein C (MYBPC3) in cardiac pathophysiology. Gene 573:188-197