AG PD Dr. Strnad

Arbeitsgruppenleiter

 

PD Dr. med. Pavel Strnad

Universitätsklinikum Ulm

Zentrum für Innere Medizin
Klinik für Innere Medizin I
Albert-Einstein-Allee 23

89081 Ulm

Tel. +49 731 500 44744

email: pavel.strnad[at]uniklinik-ulm.de

 

Forschungstätigkeit

Unsere Gruppe hat zwei Forschungsschwerpunkte:

1. Pathogenese und Signifikanz der Mallory-Denk-Körper

2. Bedeutung der Keratine für die Leber



Ad 1.

Mallory-Denk-Körper (MDKs) zählen zu den häufigsten beim Menschen vorgefundenen Proteinaggregaten. Sie sind pathognomonisch für alkoholische Steatohepatitis (ASH), werden aber auch bei anderen Erkrankungen wie nicht-alkoholische Steatohepatitis (NASH), primär biliäre Zirrhose oder Morbus Wilson beobachtet. So werden sie bei ~65% der Patienten mit einer alkoholischen Hepatitis und  bei 95% der Alkohol-bedingten Zirrhotikern gesehen, dagegen kommen sie bei akuten Virushepatitiden oder akuten Cholestasis gar nicht vor. Trotz deren diagnostischer Bedeutung ist es zur Zeit unklar, wie MDKs gebildet werden und ob sie zellprotektiv oder –schädigend sind oder ein Epiphänomen der Leberverletzung darstellen.

MDKs können auch im Mausmodell nach einer 2-5monatigen Behandlung mit hepatotoxischen Drogen wie Griseofulvin oder 3,5-Diethoxycarbonyl-1,4-Dihydrocollidin (DDC) induziert werden. Unsere Arbeitsgruppe hat vor, das Tiermodell zu verwenden, um weitere Erkenntnisse zur Pathogenese der MDK-Bildung zu gewinnen. Dazu werden verschiedene Behandlungsregime (wie z.B. fetthaltige Kost) und transgene Tiere verwendet. Hiermit wollen wir u. a. testen, ob defiziente Reparaturmechanismen die MDK-Bildung fördern. Die im Tiermodell gewonnenen Erkenntnisse werden anschließend an humanen Biopsien validiert.

Abb. 1. Die Immunofluoreszenzbilder zeigen das Bild einer gesunden Leber (links) und die Situation, die typischerweise bei alkoholischer Steatohepatitis vorgefunden wird (rechts). Diese ist durch ein geschädigtes Keratinnetzwerk sowie Ausbildung der Mallory-Denk-Körper (Pfeile) charakterisiert.

 

 

Ad 2.

Das Zytoskelett der eukaryotischen Zellen besteht aus einem dreidimensionalen Netzwerk von Mikrotubuli, Mikrofilamenten und Intermediärfilamenten (IFs). IFs stellen die größte der drei Familien dar und können ihrerseits in mehrere Gruppen unterteilt werden. Einer davon sind die Keratine, die in epithelialen Zellen exprimiert werden (Herrmann et al., 2003; Coulombe und Wong, 2004). Es gibt mindestens 20 verschiedene Keratingene, die für Keratine 1-20 (K1-K20) kodieren. Die Keratine werden zelltypspezifisch exprimiert, d.h. verschiedene Zellpopulationen weisen jeweils ein charakteristisches Keratinexpressionsmuster auf. K8/K18 werden vorwiegend in einschichtigen Epithelien exprimiert, dagegen werden in der Haut K4/K13 basal und K1/K10 suprabasal aufgefunden. Unter den einschichtigen Epithelien sind die Hepatozyten einzigartig, da sie lediglich K8/K18 besitzen, während andere Zelltypen komplexere Keratinzusammensetzung aufweisen. Die einfache Keratinkomposition ist wahrscheinlich dafür verantwortlich, dass K8/K18-defiziente Mäuse prädominant hepatische Störungen aufweisen

Der in Keratin-defizienten Mäusen beobachtete Leberphänotyp führte zur Suche nach K8/K18 Varianten in Patienten mit verschiedenen Lebererkrankungen. Es konnte gezeigt werden, dass Patienten mit idiopathischer Leberzirrhose sowie terminaler Lebererkrankung deutlich mehr K8/K18-Varianten aufweisen als die Normalpopulation. Daraus wurde gefolgert, dass das Vorliegen von Keratinvarianten zur Entwicklung von diesen Krankheitsbildern prädisponiert.

Unserer Gruppe hat vor, die Bedeutung der Keratinvarianten in weiteren menschlichen Lebererkrankungen mittels humaner Assoziationsstudien zu untersuchen. Des Weiteren sollen Mechanismen erforscht werden, durch die Keratinvarianten  zur Entwicklung/zu schwerwiegendem Verlauf verschiedener Lebererkrankungen beitragen. Hierzu werden transgene Mäuse verwendet, die die beiden häufigsten bei Menschen vorkommenden K8 Varianten exprimieren.

 

Abb. 2 Die histologischen Bilder (Picro-Sirius-Red-Färbung) vergleichen den Ausmaß von Leberfibrose in Tieren, die Wildtyp (a) oder mutierten Keratin 18 (b) überexprimieren. Die fibrotischen Plaques (Pfeile) sind stärker in Tieren ausgebildet, die mutierten Keratin 18 beherbergen.

 

Publikationen

Originalarbeiten

  1. Strnad P, Windoffer R, Leube RE. (2001) In vivo detection of cytokeratin filament network breakdown in cells treated with the phosphatase inhibitor okadaic acid. Cell Tissue Res 306:277-293

  2. Strnad P, Windoffer R, Leube RE. (2002) Induction of rapid and reversible cytokeratin filament network remodeling by inhibition of tyrosine phosphatases. J Cell Sci 115:4133-4148

  3. Strnad P, Windoffer R, Leube RE. (2003) Light-induced resistance of the keratin network to the filament-disrupting orthovanadate tyrosine phosphatase inhibitor. J Invest Dermatol 120:198-203

  4. Werner NS, Windoffer R, Strnad P, Grund C, Leube RE, Magin TM. (2004) Epidermolysis bullosa simplex-type mutations alter the dynamics of the keratin cytoskeleton and reveal a contribution of actin to the transport of keratin subunits. Mol Biol Cell 15:990-1002

  5. Windoffer R, Wöll S, Strnad P, Leube RE. (2004) Identification of novel principles of keratin filament network turnover in living cells. Mol Biol Cell 15:2436-2448

  6. Tao GZ, Zhou Q, Strnad P, Salemi MR, Lee YM, Omary MB. (2005) Human ran cysteine-112 oxidation by pervanadate regulates its binding to keratins. J Biol Chem 280:12162-12167

  7. Choi K,. Siegel M, Piper JL, Yuan L, Cho E, Strnad P, Omary B, Rich KM, Khosla C. (2005) Chemistry and biology of dihydroisoxazole derivatives: selective inhibitors of human transglutaminase 2. Chem Biol 12:469-475

  8. Nakamichi I, Toivola DM, Strnad P, Michie SA, Oshima RG, Baribault H, Omary MB. (2005) Keratin 8 overexpression promotes mouse Mallory body formation. J Cell Biol 171:931-937

  9. Tao GZ, Toivola DM, Zhou Q, Strnad P, Xu B, Michie SA, Omary MB. (2006) Protein phosphatase 2A associates with and dephosphorylates keratin-8 after hyposmotic stress in a site and cell specific manner. J Cell Sci 119:1425-1432

  10. Strnad P, Lienau TC, Tao GZ, Ku NO, Magin TM, Omary MB. (2006) Temperature sensitivity may underestimate keratin mutation detection by DHPLC. Hum Mutat 27:444-452

  11. Strnad P, Siegel M, Toivola DM, Choi K, Kosek JC, Khosla C, Omary MB. (2006) Pharmacologic transglutaminase inhibition attenuates drug-primed liver hypertrophy but not Mallory body formation. FEBS Lett 580:2351-2357

  12. Strnad P, Lienau TC, Tao GZ, Lazzeroni L, Stickel, F, Schuppan D, Omary MB. (2006) Keratin variants associate with fibrosis and inflammation progression during chronic hepatitis C infection. Hepatology  43:1354-1363

  13. Harada M, Strnad P, Resurreccion E, Ku NO, Omary MB. (2007) Keratin 18 overexpression but not phosphorylation or filament disorganization blocks mouse Mallory body formation. Hepatology 45:88-96

  14. Strnad P, Harada M, Siegel M, Terkeltaub RA, Graham RM, Khosla C, Omary MB. (2007). Transglutaminase-2 regulates Mallory body inclusion formation and injury associated liver hypertrophy. Gastroenterology 132:1515-1526

  15. Tao GZ*, Strnad P*, Zhou Q*, Kamal A, Zhang L, Madani ND, Kugathasan S, Brant SR, Cho JH, Omary MB, Duerr RH. (2007) Analysis of keratin polypeptides 8 and 19 variants in inflammatory bowel disease. Clin Gastroenterol Hepatol 5:857-864

  16. Winkler DT, Strnad P, Meier ML, Roten S, Went P, Steck AJ, Lyrer P. (2007) Myasthenia gravis, paraneoplastic pemphigus and thymoma, a rare triade. J Neurol 254:1601-1603

  17. Zhong B*, Strnad P*, Toivola DM, Ji X, Greenberg HB, Omary MB. (2007) Reg-II is an exocrine pancreas injury-response product that is up-regulated by keratin absence or mutation. Moll Biol Cell 18: 4969-4978

  18. Chen W, Wang S, Ma Y, Zhou Y, Liu H, Strnad P, Kraemer FB, Krauss RM, Liu J. (2008) Analysis of polymorphisms in the 3` untranslated region of the LDL receptor gene and their effect on plasma cholesterol levels and drug response. Int J Mol Med 21:345-353

  19. Strnad P, Tao GZ, Zhou Q, Harada M, Toivola DM, Brunt EM, Omary MB. Keratin mutation predisposes to mouse liver fibrosis and unmasks differential effects of the CCl4 and thioacetamide models. Gastroenterology 134:1169-1179

  20. Toivola DM, Nakamichi I, Strnad P, Michie SA, Ghori N, Harada M, Zeh K, Oshima RG, Baribault H, Omary MB. Keratin overexpression levels correlate with the extent of spontaneous pancreatic injury. Am J Pathol 172:882-892

  21. Siegel M, Strnad P, Watts RE, Choi K, Jabri B, Omary MB, Khosla C. The predominant form of transglutaminase 2 is catalytically inactive, but is transiently activated upon tissue injury. PLoS ONE 3:e1861

  22. Harada M, Strnad P, Toivola DM, Omary MB. Autophagy modulates inclusion formation and apoptosis in cell culture: Inclusions associate with organelle reorganization. Exp Cell Res 314:1753-1764

  23. Tao GZ, Li DH, Toivola DM, Zhou Q, Strnad P, Sandesara N, Cheung RC, Hong A, Omary MB. Monitoring caspase activation in situ using novel keratin fragment-specific antibodies. J Pathol 215:164-174

  24. Strnad P, Tao GZ, So P, Lau K, Schilling J, Wei Y, Liao J, Omary MB. “Toxic memory" via chaperone modification is a potential mechanism for rapid Mallory-Denk body induction. Hepatology in press

  25. Hanada S, Strnad P, Brunt EM, Omary MB. The genetic background modulates susceptibility to mouse liver Mallory-Denk body formation and liver injury. Hepatology in press

*equal contribution

 

Übersichtsarbeiten

  1. Zatloukal K, French SW, Stumptner C, Strnad P, Harada M, Toivola DM, Cadrin M, Omary MB. (2007) From Mallory to Mallory-Denk inclusion bodies: what, how and why? Exp Cell Res 313:2033-2049

  2. Ku NO, Strnad P, Zhong B, Tao GZ, Omary MB. (2007)  Keratins let liver live: mutations predispose to liver disease and crosslinking generates Mallory-Denk bodies. Hepatology 46:1639-1664

  3. Strnad P, Stumptner C, Zatloukal K, Denk H. (2008) Intermediate filament cytoskeleton of the liver in health and disease. Histochem Cell Biol 129:735-749

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