Der Einfluss des ER-Stresssensorproteins PERK auf den Ischämie-Reperfusionsschaden am Herzen

URN zum Zitieren dieses Dokuments:: urn:nbn:de:bvb:355-epub-437523
DOI zum Zitieren dieses Dokuments:: 10.5283/epub.43752

Hegner, Philipp

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Veröffentlichungsdatum dieses Volltextes: 21 Sep 2020 07:46

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Dokumentenart:	Hochschulschrift der Universität Regensburg (Dissertation)
Open Access Art:	Primärpublikation
Datum:	21 September 2020
Begutachter (Erstgutachter):	Prof. Dr. Stefan Wagner
Tag der Prüfung:	17 September 2020
Institutionen:	Medizin > Lehrstuhl für Innere Medizin II
Stichwörter / Keywords:	PKR-like endoplasmic reticulum kinase; PERK; ischemia/reperfusion injury; calcium handling
Dewey-Dezimal-Klassifikation:	600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 610 Medizin
Status:	Veröffentlicht
Begutachtet:	Ja, diese Version wurde begutachtet
An der Universität Regensburg entstanden:	Ja
Dokumenten-ID:	43752

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Zusammenfassung (Deutsch)

Zusammenfassung (Deutsch)

Die ischämische Herzerkrankung und dessen Folgen stellen global eine zunehmende Belastung für Gesundheitssysteme dar. Insbesondere der Reperfusionsschaden, der nach einem Myokardinfarkt auftritt, rückt hier zunehmend in den Fokus. Während sich in der Therapie des STEMI die Strategien zur Reduktion der Infarktgröße und somit späteren Auswirkungen wie Herzinsuffizienz bisher ausschließlich auf das Verkürzen der Ischämiephase konzentriert haben, bietet die Therapie des Reperfusionsschadens noch viel Potenzial. Eine zeitnahe Reperfusion erweist sich als unerlässlich, da sonst das betroffene Myokardareal zwangsläufig verstirbt. In tierischen Modellen konnte jedoch gezeigt werden, dass der durch Reperfusion bedingte Infarktschaden einen beträchtlichen Anteil am Gesamtinfarktschaden ausmacht. Deshalb sollte ein STEMI primär als Ischämie/Reperfusionsereignis betrachtet werden. Trotz zahlreicher erfolgreicher (tier-) experimenteller Ansätze, sowie mehreren Patientenstudien zu pharmakologischer oder anderweitiger Reduktion des Reperfusionsschadens erweist sich die Translation in die Klinik als schleppend und diffizil.
In dieser Arbeit sollte ein neuer, möglicherweise therapeutischer, Ansatz zur Reduktion des Reperfusionsschadens untersucht werden. Hierzu dienten die pharmakologische Inhibition der „PKR-like endoplasmic reticulum kinase“ (PERK) in einem Hypoxie/Reoxygenierungsmodell an isolierten Kardiomyozyten aus Ratten. PERK wird durch Ischämie/Reperfusion aber auch in zellulären Hypoxie/Reoxygenierungs- modellen aktiviert. Neben einem Einfluss auf die Apoptoseinduktion, welcher eine beträchtliche Rolle in der Entstehung des Reperfusionsschadens zukommt, ist eine Einflussnahme von PERK auf zytosolisches Kalzium bekannt. Als Endpunkte in dieser Arbeit wurden zytosolisches und mitochondriales Kalzium laserkonfokalmikroskopisch gemessen sowie die Hyperkontraktilität der Kardiomyozyten betrachtet. Das Quantifizieren der Apoptose erwies sich hingegen mit den verwendeten Methoden als frustran.
Durch PERK Inhibition mit GSK2656157 konnte in dieser Arbeit eine Reduktion des zytosolischen Kalziums nach Hypoxie/Reoxygenierung nachgewiesen werden. Ferner zeigte sich unter Normoxie eine basale Erhöhung des mitochondrialen Kalziums durch Anwendung von GSK2656157. Eine Reduktion des mitochondrialen Kalziums nach Hypoxie/Reoxygenierung konnte unter PERK Inhibition nicht festgestellt werden. Der genaue Mechanismus, über den die Reduktion des zytosolischen Kalziums zustande kommt, ist noch unklar. Möglich und in dieser Arbeit diskutiert wäre eine Wirkung von PERK auf Ryanodinrezeptoren. Zur tiefergreifenden Evaluation dieses Effekts und des Mechanismus sind weitere Versuche notwendig. Wünschenswert hierfür wäre zudem ein genetisches PERK Knockout Modell. Ferner wurden die Versuche in dieser Arbeit an isolierten Kardiomyozyten durchgeführt, aussagekräftiger sollte die Analyse in einem in-vivo Ischämie/Reperfusionsmodell sein.

Übersetzung der Zusammenfassung (Englisch)

Ischemic heart disease (IHD) and its consequences present a growing global burden for health care. In this context, focus on myocardial ischemia/reperfusion injury (IRI) is increasing. While current strategies for STEMI therapy have mainly focused on timely reperfusion, the reduction of IRI still remains an unmet need to further improve ventricular function and prevent heart failure. While timely reperfusion remains mandatory, animal models have shown that subsequent reperfusion injury constitutes a substantial amount of the total infarct size. In consequence, a STEMI should be viewed as an ischemia/reperfusion event. Although multiple basic research and also patient studies have been conducted, clinical translation from bench to bedside remains challenging.
The goal of this study was to explore a new, potentially therapeutic approach for reduction of IRI. In order to achieve this, pharmacological inhibition of the “PKR-like endoplasmic reticulum kinase” (PERK) was studied in a hypoxia/reoxygenation (H/R) model in isolated cardiomyocytes from rats, which simulates cardiac ischemia/reperfusion (I/R). PERK is known to be activated during I/R as well as in H/R models. Besides influencing apoptosis following I/R, PERK can affect cytosolic Ca levels. The focus of this study lies on the detection of cytosolic and mitochondrial Ca via confocal laser scanning microscopy after H/R. An analysis of hypercontractility following H/R was also conducted. The quantification of apoptosis in adult cardiomyocytes after H/R using the TUNEL method was unsuccessful.
This study was able to show that selective PERK inhibition with GSK2656157 can reduce cytosolic Ca after H/R. In contrast, mitochondrial Ca was not reduced following H/R. Interestingly, PERK inhibition led to an increase in basal mitochondrial Ca. The mechanism for cytosolic Ca reduction remains unknown, but an effect of PERK on cardiac ryanodine receptors is likely. For further evaluation, additional studies, possibly utilizing a genetic PERK knockout model, are necessary. Finally, the experiments in this study were conducted with isolated cardiomyocytes, whereas in-vivo experiments should allow for more conclusive results.

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