| Lizenz: Creative Commons Namensnennung 4.0 International (5MB) |
- URN zum Zitieren dieses Dokuments:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-438392
- DOI zum Zitieren dieses Dokuments:
- 10.5283/epub.43839
| Dokumentenart: | Hochschulschrift der Universität Regensburg (Dissertation) |
|---|---|
| Open Access Art: | Primärpublikation |
| Datum: | 7 Oktober 2020 |
| Begutachter (Erstgutachter): | Prof. Dr. Hayo Castrop |
| Tag der Prüfung: | 6 Oktober 2020 |
| Institutionen: | Nicht ausgewählt |
| Stichwörter / Keywords: | Ca2+/Calmodulin-abhängige Proteinkinase II, akute Nachlasterhöhung, transverse aortic constriction |
| 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: | 43839 |
Zusammenfassung (Deutsch)
Die Aktivierung der Ca2+/Calmodulin abhängigen Proteinkinase II (CaMKII) gilt sowohl im Menschen als auch im Tiermodell als wichtiger intrazellulärer Trigger für die Entstehung vieler kardialer Erkrankungen wie z.B. Herzhypertrophie, Herzinsuffizienz oder Arrhythmien. Die CaMKII ist somit ein sehr interessantes Zielprotein für die Entwicklung neuer Therapieoptionen zur Behandlung kardialer ...
Zusammenfassung (Deutsch)
Die Aktivierung der Ca2+/Calmodulin abhängigen Proteinkinase II (CaMKII) gilt sowohl im Menschen als auch im Tiermodell als wichtiger intrazellulärer Trigger für die Entstehung vieler kardialer Erkrankungen wie z.B. Herzhypertrophie, Herzinsuffizienz oder Arrhythmien. Die
CaMKII ist somit ein sehr interessantes Zielprotein für die Entwicklung neuer Therapieoptionen zur Behandlung kardialer Krankheiten. Die physiologische Rolle der CaMKII und ihrer beiden im Herzen exprimierten Isoformen γ und δ ist hingegen weit weniger gut untersucht.
Um die Rolle der beiden im Herzen exprimierten Isoformen der CaMKII in der akuten Nachlasterhöhung genauer zu untersuchen, wurde mit Hilfe der transverse aortic constriction
(TAC)-Operation eine akute Nachlasterhöhung in den Mäusen induziert und die Effekte auf das Überleben, die Herzfunktion, die Gen- und Proteinexpression und die elektromechanische
Kopplung der Tiere 2 Tage nach der Operation untersucht. Dabei wurden AC3-I Mäuse, bei denen der CaMKII-Inhibitor autocamtide-3 related inhibitory peptide (AiP) herzspezifisch
exprimiert und somit beide CaMKII-Isoformen inhibiert werden, mit WT Geschwistertieren verglichen. Zusätzlich wurden spezifische CaMKIIδ-Knockout (CKO) Tiere verwendet, um insbesondere die Rolle der im Herzen weniger stark exprimierten γ-Isoform genauer zu analysieren.
Die CaMKII-Aktivität war 2 Tage nach der Operation in WT TAC vs. sham Mäusen signifikant erhöht. Interessanterweise verstarben die AC3-I TAC Mäuse ausschließlich in den ersten
5 Tagen nach der Operation infolge einer kardialen Dysfunktion, während die WT TAC und CKO TAC Mäuse vor akutem Herzversagen geschützt waren. Die Proteine, die wesentlich an der elektromechanischen Kopplung beteiligt sind, wie der Ryanodinrezeptor Typ 2 (RyR2) und Phospholamban (PLB), zeigten in den WT TAC vs. sham Mäusen 2 Tage post-OP eine signifikante Hyperphosphorylierung an den CaMKII-spezifischen Phosphorylierungsstellen. Die AC3-I TAC Mäuse wiesen hingegen eine signifikante Hypophosphorylierung auf, während die Phosphorylierung bei den CKO TAC Mäusen intermediär zwischen den AC3-I TAC und WT TAC Mäusen lag, was auf die Aktivität der γ-Isoform schließen lässt. In isolierten Kardiomyozyten zeigte sich in AC3-I TAC Mäusen 2 Tage post-OP eine signifikant verringerte Kontraktilität und Ca2+-Transienten, während beide Parameter in den WT TAC vs. sham Tieren signifikant erhöht waren. In den CKO TAC Mäusen war die Kontraktilität ebenfalls im Vergleich zu den sham Mäusen signifikant erhöht, was zeigt, dass die γ-Isoform die fehlende δ-Isoform kompensieren kann und ausreicht, um die zelluläre Kontraktilität aufrechtzuerhalten. Das arrhythmogene Potential gemessen an spontanen Ca2+-Freisetzungsevents (SCRs) während einer 30s-Stimulationspause war hingegen in den AC3-I Mäusen 2 Tage post-TAC signifikant geringer als in den WT Mäusen, was die anti-arrhythmische Wirkung einer CaMKII-Inhibition
darlegt.
Diese Arbeit zeigt, dass die CaMKII in der akuten Phase der Nachlasterhöhung eine wichtige physiologische, aber bislang unbekannte Rolle einnimmt, um die Kontraktilität des Herzens
aufrechtzuerhalten. Eine exzessive CaMKII-Inhibition, wie sie in den AC3-I Mäusen vorliegt, kann hingegen in akuten Stresssituationen schädlich sein. Die spezifische Inhibition der im Herzen am stärksten exprimierten δ-Isoform der CaMKII stellt einen guten Kompromiss dar, um die Adaptation des Herzens an akute Stresssituationen zu gewährleisten, gleichzeitig aber die maladaptiven Folgen der CaMKII-Aktivierung zu unterbinden. Diese Ergebnisse sollten bei
zukünftigen Studien zur Entwicklung klinisch anwendbarer CaMKII-Inhibitoren berücksichtigt werden.
Übersetzung der Zusammenfassung (Englisch)
Activation of the Ca2+/calmodulin dependent protein kinase II (CaMKII) is established as a central intracellular trigger for various cardiac pathologies such as hypertrophy, heart failure or arrhythmias in animals and humans suggesting CaMKII as a promising target protein for future medical treatments. However, the physiological role of CaMKII and its two cardiac isoforms γ and δ is scarcely ...
Übersetzung der Zusammenfassung (Englisch)
Activation of the Ca2+/calmodulin dependent protein kinase II (CaMKII) is established as a central intracellular trigger for various cardiac pathologies such as hypertrophy, heart failure
or arrhythmias in animals and humans suggesting CaMKII as a promising target protein for future medical treatments. However, the physiological role of CaMKII and its two cardiac
isoforms γ and δ is scarcely well defined.
To further investigate the physiological role of CaMKII and its isoforms in acute pressure overload, we induced acute pressure overload by transverse aortic constriction (TAC) surgery and evaluated the effect on survival, cardiac function, gene and protein expression and excitation-contraction coupling in AC3-I mice vs. WT littermates 2 days post-TAC. AC3-I mice express the CaMKII inhibitor autocamtide-3 related inhibitory peptide (AiP) heart-specific which inhibits both cardiac CaMKII isoforms. In addition, specific CaMKIIδ knockout (CKO) mice were used in order to analyze the role of the less expressed γ-isoform in the heart.
CaMKII activation is significantly increased in WT TAC vs. sham mice 2 days after surgery. Interestingly, survival is significantly reduced in AC3-I animals within the first 5 days after TAC surgery compared to WT littermates and CKO mice. While systolic cardiac function is markedly reduced in AC3-I TAC mice, it is preserved in CKO TAC and WT TAC mice. Proteins regulating excitation-contraction coupling such as ryanodine receptors type 2 (RyR2) or phospholamban (PLB) are significantly hypophosphorylated at their CaMKII phosphorylation site in AC3-I mice, but hyperphosphorylated in WT mice 2 days post-TAC. Phosphorylation in CKO TAC mice is intermediate between WT and AC3-I TAC mice suggesting residual activity of the γ-isoform. In isolated cardiomyocytes contractility and Ca2+ transients are significantly lower in AC3-I TAC vs. sham mice 2 days after surgery while both parameters are significantly increased in WT TAC vs. sham mice. In CKO TAC cells, contractility is significantly higher compared to AC3-I TAC cells, albeit lower than in WT TAC cells indicating sufficient compensation of the δ-isoform presumably through the γ-isoform to preserve cellular contractility. However, proarrhythmic spontaneous Ca2+ release events (SCRs) appear less frequent in cardiomyocytes from AC3-I TAC mice than in WT TAC mice indicating anti-arrhythmic effects of a CaMKII inhibition.
These data indicate that in acute pressure overload activation of CaMKII is a pivotal, but previously unknown part of acute stress physiology in the heart to maintain cardiac contractility. Excessive CaMKII inhibition as present in AC3-I mice can be detrimental in acute stress situations. Specific inhibition of the isoform with the highest expression level in the heart might be a promising option to assure adaptation to acute stress situations and simultaneously prevent maladaptive effects of CaMKII activation. This should be taken into account for future studies regarding CaMKII inhibitors as therapeutic agents.
Metadaten zuletzt geändert: 25 Nov 2020 16:04
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