| License: Creative Commons Attribution 4.0 PDF - Submitted Version Dissertation (1MB) |
- URN to cite this document:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-369135
- DOI to cite this document:
- 10.5283/epub.36913
| Item type: | Thesis of the University of Regensburg (PhD) |
|---|---|
| Open Access Type: | Primary Publication |
| Date: | 28 March 2018 |
| Referee: | Prof. Dr. Stefan Wagner and Prof. Dr. Stephan Hirt |
| Date of exam: | 23 March 2018 |
| Institutions: | Medicine > Lehrstuhl für Innere Medizin II |
| Keywords: | Vorhofflimmern, CaMKII, Atrial Fibrillation, Inhibitor, Kalziumhaushalt, Sparks, Kalziumleak |
| Dewey Decimal Classification: | 600 Technology > 610 Medical sciences Medicine |
| Status: | Published |
| Refereed: | Yes, this version has been refereed |
| Created at the University of Regensburg: | Yes |
| Item ID: | 36913 |
Abstract (German)
Die Bedeutung der Kalzium/Calmodulin abhängigen Kinase II für kontraktile Dysfunktion und Arrhythmien in atrialen Herzmuskelzellen von Patienten mit Vorhofflimmern, lautet der Titel meiner Arbeit. Vorhofflimmern ist die häufigste Arrhythmieform und ist sowohl ein großes Problem in der klinischen Behandlung als auch für den Gesundheitszustand der Patienten. Die supraventrikuläre Arrhythmie tritt ...
Abstract (German)
Die Bedeutung der Kalzium/Calmodulin abhängigen Kinase II für kontraktile Dysfunktion und Arrhythmien in atrialen Herzmuskelzellen von Patienten mit Vorhofflimmern, lautet der Titel meiner Arbeit.
Vorhofflimmern ist die häufigste Arrhythmieform und ist sowohl ein großes Problem in der klinischen Behandlung als auch für den Gesundheitszustand der Patienten. Die supraventrikuläre Arrhythmie tritt mit steigender Inzidenz und Prävalenz vor allem bei älteren Menschen auf. Die größte Gefahr dabei ist einen Schlaganfall zu erleiden. Etwa 1/5 aller Schlaganfälle lassen sich nämlich auf diese Erkrankung zurückführen. Aber auch kardiale Dekompensationen bei Herzinsuffizienz können durch vor allem tachykardes Vorhofflimmern ausgelöst werden. Außerdem ist die Mortalität nach einem Herzinfarkt deutlich erhöht.
Die mit Vorhofflimmern und Herzinsuffizienz assoziierte Kalcium/Calmodulin abhängige Kinase II (CaMKII) ist ein vor allem im Kalziumhaushalt wichtiges Protein, das bei chronischer Aktivierung und Überexpression zu pathologischen Prozessen innerhalb der Zelle führt. Es kommt zur Beeinflussung mehrerer Proteine, die für den Ionenhaushalt verantwortlich sind, wodurch Arrhythmien und Kontraktilitätsverlust auftreten können.
Deshalb könnte es aus pharmakologischer Sicht sinnvoll sein das Enzym zu hemmen. Ziel der Arbeit war es einen neuartigen CaMKII-Inhibitor zu testen und seine Wirkung zwischen Patienten mit Vorhofflimmern und Sinusrhythmus zu vergleichen.
Sobald ein Patient mit VHF für eine passende herzchirurgische Operation stationär aufgenommen wurde, wurden nach ausführlicher Aufklärung und seiner Einwilligung die klinischen Daten erhoben und nach Entnahme während der Operation sein Gewebe für Laboruntersuchungen verwendet. Es wurden entsprechend viele Sinusrhythmuspatienten berücksichtigt.
Die Herzmuskelzellen, die untersucht wurden, stammten von Patienten, die sich einer Bypass oder Klappenoperation unterzogen haben. Im Rahmen dieser OP kommt es zum Einsatz der Herz-Lungen-Maschine. Dabei wird aufgrund der Operationstechnik der rechte Vorhof kanüliert, wobei etwas rechtsatriales Gewebe anfällt.
Es erfolgte die Isolation der einzelnen Kardiomyozyten mithilfe des Gewebeverdaus durch eine Kollagenase und Protease. Die so isolierten Herzmuskelzellen wurden mit dem Kalziumindikator und Fluoreszenzfarbstoff Fluo-4 inkubiert und beladen, um sie anschließend am konfokalen Lasermikroskop zu untersuchen. Dabei erfolgte die Anregung des Fluoreszenzfarbstoffs mit einem Laser der Wellenlänge 488 nm. Die daraufhin emittierte Fluoreszenz konnte dann gemessen werden. Auf diese Art und Weise konnten kleine spontane Entladungen aus dem Kalziumspeicher der Zellen, das sarkoplasmatische Retikulum detektiert werden. Diese Kalziumentladungen, die im Linescan als zeitlich und örtlich begrenzte kleine Blitze imponieren, werden Kalziumsparks genannt. Sie treten physiologisch im Rahmen der elektromechanischen Kopplung oder aber auch unter pathologischen Bedingungen vermehrt während der Diastole auf. Aus ihren charakteristischen Parametern, wie Sparkfrequenz, -amplitude, -dauer und –breite lässt sich das diastolische Kalziumleck aus dem SR bestimmen, das für viele pathologische Prozesse verantwortlich, bei Vorhofflimmern erhöht und durch die CaMKII vermittelt ist. In parallelen Untersuchungen wurden die mit Fluo-4 beladenen Zellen mit Caffein (10 mmol/L) behandelt, um so das SR schlagartig und vollständig zu entleeren. Das freigesetzte Kalzium kann gemessen und als Maß für den SR-Kalziumgehalt ausgewertet werden.
Beide Untersuchungsreihen wurden sowohl mit verschiedenen Konzentrationen des neuen CaMKII-Inhibitors als auch mit einem bereits bekannten Inhibitor (AIP) durchgeführt. Die Konzentrationen lagen hierbei bei 1, 3 und 10 µM beim neuen und bei 2 µM für AIP. Außerdem gab es eine Kontrollgruppe ohne Inhibitor.
Wie aus der Literatur schon bekannt und erwartet gab es in den Zellen von Patienten mit VHF signifikant mehr Sparks , sodass die Sparkfrequenz deutlich erhöht war. Die Amplitude der Sparks lag bei VHF unter der der SiR-Gruppe. Außerdem war die Dauer der Sparks im VHF verlängert, während es bei der Breite keinen signifikanten Unterschiede gab. Das daraus berechnete Kalziumleck war somit deutlich erhöht bei VHF. Die Inhibition der CaMKII konnte die Sparkfrequenz, die Breite und die Dauer signifikant senken. Auf die Amplitude hatte die Hemmung des Enzyms nur tendenzielle Effekte in dieser Arbeit. Das Kalziumleck konnte so signifikant verkleinert werden.
Der Kalziumgehalt des SR war beim Vorhofflimmern deutlich niedriger und konnte durch die Hemmung der CaMKII signifikant erhöht werden.
Aus diesen Ergebnissen leiten sich potentielle positive Effekte für die Patienten ab. So könnte es durch die Hemmung der CaMKII zu einer verbesserten Kontraktilität und zu verringerten Arrhythmien kommen. Es besteht sogar die Möglichkeit, dass dadurch die Entwicklung und das Fortschreiten von Vorhofflimmern begrenz werden kann. Allerdings müssen noch weitere Untersuchen erfolgen, da dies natürlich nur ein Zellmodell ist. Außerdem kommt die CaMKII ubiquitär vor und spielt z.B. bei neurologischen Prozessen wie das Lernen und die Gedächtnisbildung eine große Rolle, sodass man hier natürlich vorsichtig sein muss.
Translation of the abstract (English)
Atrial fibrillation is the most common arrhythmia and is a big problem for treatment and health of patients. Incidence and prevalence are rising. The biggest risk is to get a stroke. A deteriorated heart failure can also occur. CaMKII is an enzyme that is linked to atrial fibrillation and heart failure. It is physiologically important for intracellular calcium homoeostasis but can lead to ...
Translation of the abstract (English)
Atrial fibrillation is the most common arrhythmia and is a big problem for treatment and health of patients. Incidence and prevalence are rising. The biggest risk is to get a stroke. A deteriorated heart failure can also occur.
CaMKII is an enzyme that is linked to atrial fibrillation and heart failure. It is physiologically important for intracellular calcium homoeostasis but can lead to pathologies when chronically activated. Therefore it could be a useful pharmaceutical target. So the aim was to analyse a new CaMKII inhibitor.
Patients with atrial fibrillation and equivalent sinus rhythm patients that needed cardiac surgery with heart-lung machine were elaborately informed and with their informed consent atrial tissue was extracted due to surgery technique.
Cardiomycytes were isolated and incubated with calcium indicator Fluo-4 in order to analyse them with confocal microscopy. Calcium sparks were detected and SR calcium content were determined.
It was found that calcium spark frequency was increased as well as duration in patients with atrial fibrillation. Amplitude was decreased and there was no difference for the spark width. In conclusion SR calcium leak was highly increased.
Through inhibition of CaMKII calcium spark frequency, duration and width could be reduced significantly whereas there were no significant effects regarding spark amplitude. Analysis showed that SR calcium leak could be highly reduced. Analogically SR calcium content which was reduced in patients with atrial fibrillation could be increased through CaMKII inhibition.
In view of these results one could say that through CaMKII inhibition contractility could be enhanced and arrhythmia diminished. There is even the possibility that the development and progression of atrial fibrillation could be prevented. But there is still a need for more research about the inhibition. CaMKII is found everywhere in the body and plays an enormous role for many neurologic processes like learning for instance.
Metadata last modified: 25 Nov 2020 15:42
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