| Lizenz: Creative Commons Namensnennung 4.0 International (8MB) |
- URN zum Zitieren dieses Dokuments:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-378623
- DOI zum Zitieren dieses Dokuments:
- 10.5283/epub.37862
| Dokumentenart: | Hochschulschrift der Universität Regensburg (Dissertation) |
|---|---|
| Open Access Art: | Primärpublikation |
| Datum: | 2018 |
| Begutachter (Erstgutachter): | Prof. Dr. Lars Maier |
| Tag der Prüfung: | 15 Oktober 2018 |
| Institutionen: | Medizin > Lehrstuhl für Innere Medizin II |
| Stichwörter / Keywords: | Herzinsuffizienz, Arrhythmie, Ca²⁺/Calmodulin-abhängige Proteinkinase II, CaMKII, CaMKII-inhibitor, AS105, AS100105, Elektromechanische Kopplung kardiomyozytärer Ca²⁺-Haushalt ATP-kompetitiver Inhibitor diastolisches SR Ca²⁺-Leck Kardiomyozyt Ca²⁺-sparks heart failure arrhythmia excitation-contraction coupling ATP-competitive inhibitor Ca²⁺/calmodulin-dependent protein kinase II cardiac Ca²⁺ balance diastolic SR Ca²⁺ leak cardiomyocyte |
| Dewey-Dezimal-Klassifikation: | 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 610 Medizin |
| Status: | Veröffentlicht |
| Begutachtet: | Ja, diese Version wurde begutachtet |
| An der Universität Regensburg entstanden: | Zum Teil |
| Dokumenten-ID: | 37862 |
Zusammenfassung (Deutsch)
Die Ca²⁺/Calmodulin-abhängige Proteinkinase II (CaMKII) ist ein wichtiges Regulationsprotein des kardialen Ca²⁺-Haushalts. Bei Herzinsuffizienz und kardialen Arrhythmien wurde eine Überaktivität der CaMKII festgestellt. Insbesondere ein verstärkter diastolischer Ca²⁺-Verlust aus dem sarkoplasmatischen Retikulum (SR) über den kardialen Ryanodin-Rezeptor (RyR2) gilt dabei als entscheidender ...
Zusammenfassung (Deutsch)
Die Ca²⁺/Calmodulin-abhängige Proteinkinase II (CaMKII) ist ein wichtiges Regulationsprotein des kardialen Ca²⁺-Haushalts. Bei Herzinsuffizienz und kardialen Arrhythmien wurde eine Überaktivität der CaMKII festgestellt. Insbesondere ein verstärkter diastolischer Ca²⁺-Verlust aus dem sarkoplasmatischen Retikulum (SR) über den kardialen Ryanodin-Rezeptor (RyR2) gilt dabei als entscheidender CaMKII-abhängiger Pathomechanismus („diastolisches SR Ca²⁺-Leck“). Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden erstmals die Effekte des neuartigen CaMKII-Inhibitors AS100105 auf den kardiomyozytären Ca²⁺-Haushalt untersucht. Dazu wurden Kardiomyozyten aus humanem Vorhofmyokard und aus Herzen von transgen die CaMKII überexprimierenden (und dadurch herzinsuffizienten) Mäusen isoliert und mittels Ca²⁺-Fluoreszenzfarbstoffen unter Verwendung konfokal- und epifluoreszenzmikroskopischer Methoden untersucht.
In CaMKII-überexprimierenden murinen Kardiomyozyten führte AS100105 zu einer deutlichen Reduktion des diastolischen SR Ca²⁺-Lecks um 64,93 %. Durch Untersuchung des Verhältnisses von SR Ca²⁺-Leck zur SR Ca²⁺-Beladung konnte dieser Effekt von AS100105 auf eine Verbesserung der „Dichtigkeit“ der RyR2 zurückgeführt werden. Der neuartige CaMKII-Inhibitor führte so zu einer verbesserten Ca²⁺-Akkumulationsfähigkeit des SR und erhöhte den SR Ca²⁺-Gehalt, was in einem positiv inotropen Effekt mit verstärkter systolischer Ca²⁺-Freisetzung und Kontraktilität der Kardiomyozyten bei basaler elektrischer Stimulation resultierte. Der CaMKII-Inhibitor AS100105 zeigte dabei unter basalen Bedingungen keine störenden Einflüsse auf die elektromechanische Kopplung. Kraft-Frequenz-Beziehung und die frequenzabhängige Beschleunigung der diastolischen Relaxation der Kardiomyozyten wurden durch AS100105 nicht beeinträchtigt und es ergab sich kein negativer Einfluss auf die Funktion der entscheidenden Ca²⁺-eliminierenden Transporter SR Ca²⁺-ATPase (SERCA2a) und Na⁺/Ca²⁺-Austauscher (NCX). Die deutliche Verringerung des diastolischen SR Ca²⁺-Lecks durch AS100105, als Schlüsselergebnis dieser Arbeit, konnte in humanen atrialen Kardiomyozyten bestätigt werden. AS100105 reduzierte die Größe und Frequenz von unysnchronisierten diastolischen SR Ca²⁺-Freisetzungsereignissen aus RyR2-Clustern („Ca²⁺-Sparks“) und reduzierte so das diastolische SR Ca²⁺-Leck in den Vorhofkardiomyozyten um 37,92 %. Zudem konnte AS100105 das Auftreten von arrhythmogenen spontanen zellulären Ca²⁺-Freisetzungen („SCaFs“) in diesen Zellen um 53,05 % verringern.
Im Gegensatz zu den etablierten experimentellen CaMKII-Inhibitoren zählt AS100105 zur ersten Generation von Substanzen, die speziell mit dem Ziel einer therapeutischen Anwendung entwickelt werden. Die Ergebnisse dieser Arbeit demonstrieren in vitro die Wirksamkeit von AS100105 in Bezug auf pathologische Veränderungen des kardiomyozytären Ca²⁺-Haushalts bei Herzinsuffizienz und Arrhythmien. Eine Verträglichkeit von AS100105 im Sinne der Aufrechterhaltung wichtiger physiologischer Abläufe der elektromechanischen Kopplung scheint dabei gewährleistet zu sein. Zweifelsohne ist umfangreiche weitere Forschung nötig, aber zu diesem Zeitpunkt erscheint der neuartige CaMKII-Inhibitor AS100105 als vielversprechender Kandidat auf dem Weg zur Entwicklung eines neuen Wirkstoffs zur Behandlung der Herzinsuffizienz und von kardialen Arrhythmien.
Übersetzung der Zusammenfassung (Englisch)
Ca²⁺/calmodulin-dependent protein kinase II (CaMKII) is an important regulatory protein of the cardiac Ca²⁺ balance. Increased activity of CaMKII was reported in heart failure and cardiac arrhythmias. Diastolic Ca²⁺ leak from the sarcoplasmatic reticulum (SR) through the cardiac ryanodine receptor (RyR2) is regarded as a crucial CaMKII-dependent pathomechanism concerning these diseases. For this ...
Übersetzung der Zusammenfassung (Englisch)
Ca²⁺/calmodulin-dependent protein kinase II (CaMKII) is an important regulatory protein of the cardiac Ca²⁺ balance. Increased activity of CaMKII was reported in heart failure and cardiac arrhythmias. Diastolic Ca²⁺ leak from the sarcoplasmatic reticulum (SR) through the cardiac ryanodine receptor (RyR2) is regarded as a crucial CaMKII-dependent pathomechanism concerning these diseases. For this thesis effects of the novel ATP-competitive CaMKII-inhibitor AS100105 (AS105) on Ca²⁺ balance and excitation-contraction coupling in cardiomyocytes was tested for the first time. For that purpose isolated atrial cardiomyocytes from human donors and ventricular cardiomyocytes from CaMKIIδc-overexpressing mice with heart failure were analysed using Ca²⁺-fluorescent dyes in epifluorescence and confocal microscope setups. In CaMKIIδc-overexpressing murine cardiomyocytes AS105 effectively reduced SR Ca2²⁺ leak by 64,93 %. By analysing the reduction of SR Ca²⁺ leak in proportion to SR Ca²⁺ content this effect could be attributed to improved "leak tightness" of RyR2. Based on this, the novel CaMKII-inhibitor AS105 enhanced the ability of the SR to accumulate Ca²⁺ and in this way increased SR Ca²⁺ content, which lead to a positiv inotropic effect with improved systolic Ca²⁺-transient amplitudes and contractility during basal stimulation. Importantly, AS105 did not show disruptive effects on excitation-contraction coupling. Force-frequency relation and frequency-dependent acceleration of relaxation in cardiomyocytes was not impaired and no negative influence on SR Ca²⁺ reuptake via cardiac sarcoplasmatic Ca²⁺-ATPase (SERCA2a) or Ca²⁺ extrusion via Na⁺/Ca²⁺ exchanger (NCX) was detected. The extensive reduction of SR Ca²⁺ leak caused by AS105 was confirmed in human atrial cardiomyocytes. The CaMKII-inhibitor decreased size and frequency of unsynchronised spontaneous diastolic SR Ca²⁺ release events ("Ca²⁺-sparks") and thus reduced SR Ca²⁺ leak in human atrial cardiomyocytes by 37,92 %. Furthermore, AS105 reduced the occurence of arrhythmogenic spontaneous global intracellular Ca²⁺ release events ("SCaEs") in these cells by 53,05 %, which indicates a potential antiarrhythmic effect of AS105. In contrast to established experimental CaMKII-inhibitors, AS105 belongs to a new generation of inhibitors especially designed with the objective of clinical use. The results of this thesis demonstrate in vitro that AS105 positively influences pathological alterations of cardiac Ca²⁺ balance in heart failure and cardiac arrhythmias. The CaMKII-inhibitor achieves this effect without causing adverse effects on physiological functions of excitation-contraction coupling. Beyond doubt further extensive research is still necessary. However, at this point the novel CaMKII-inhibitor AS105 is a promising substance in the effort of developing new pharmaceuticals for the treatment of haert failure and cardiac arrhythmias.
Metadaten zuletzt geändert: 25 Nov 2020 19:05
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