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- URN zum Zitieren dieses Dokuments:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-540445
- DOI zum Zitieren dieses Dokuments:
- 10.5283/epub.54044
| Dokumentenart: | Hochschulschrift der Universität Regensburg (Dissertation) |
|---|---|
| Open Access Art: | Primärpublikation |
| Datum: | 22 April 2025 |
| Begutachter (Erstgutachter): | PD Dr. Stefan Neef |
| Tag der Prüfung: | 19 April 2023 |
| Institutionen: | Medizin > Lehrstuhl für Innere Medizin I |
| Stichwörter / Keywords: | SR Ca2+-Leck - Ryanodin-Rezeptors 2 - CaMKIIδC – Herzinsuffizienz - S2814A-Mutation / SR calcium leak - ryanodine receptor 2 - CaMKIIδC - heart failure - S2814A mutation |
| 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: | 54044 |
Zusammenfassung (Deutsch)
Veränderungen der Kalziumhomöostase und die daraus entstehenden Pathomechanismen in der Herzmuskelkontraktion gelten als zentrale Ursachen für die Entwicklung einer Herzinsuffizienz. Im insuffizienten Myokard führt eine erhöhte Offenwahrscheinlichkeit des Ryanodin-Rezeptors 2 (RyR2) zu spontanen und unkoordinierten diastolischen Ca2+-Ausschüttungen aus dem sarkoplasmatischen Retikulum (SR). Das ...
Zusammenfassung (Deutsch)
Veränderungen der Kalziumhomöostase und die daraus entstehenden Pathomechanismen in der Herzmuskelkontraktion gelten als zentrale Ursachen für die Entwicklung einer Herzinsuffizienz.
Im insuffizienten Myokard führt eine erhöhte Offenwahrscheinlichkeit des Ryanodin-Rezeptors 2 (RyR2) zu spontanen und unkoordinierten diastolischen Ca2+-Ausschüttungen aus dem sarkoplasmatischen Retikulum (SR). Das resultierende SR Ca2+-Leck führt zu einem verminderten SR Ca2+-Gehalt, der wiederum in einer verminderten systolischen Kalzium-Freisetzung resultiert, wodurch es folglich zu einer geringeren Kraftentwicklung an den Myofilamenten kommt.
Die Ca2+-Calmodulin-abhängige Proteinkinase II (CaMKII) gilt als einer der wesentlichen Regulatoren der Umsetzung von elektrischer Erregung der Herzmuskelzellen in eine mechanische Kontraktion, der sogenannten elektromechanischen Koppelung, und des zellulären Ca2+-Haushalts. Weiterhin reguliert sie den L-Typ-Ca2+-Kanal, steuert die SERCA2a-Funktion und die Phosphorylierung des RyR2, wodurch sie auf zellulärer Ebene zur Genese einer Herzinsuffizienz, Arrhythmien und Herzhypertrophie beitragen kann.
Die transgene Überexpression der CaMKIIδC im Mausmodell führt zur Entstehung einer schweren Herzinsuffizienz mit kontraktiler Dysfunktion, kardialer Dilatation und kardialer Hypertrophie einhergehend mit ausgeprägten Veränderungen des kardiomyozytären Ca2+-Haushalts und insbesondere einem starken SR Ca2+-Leck. Durch eine experimentelle Inhibition der CaMKII konnten protektive Effekte gegen die Entwicklung von Herzinsuffizienz gezeigt werden. Mutmaßlich spielt dabei die CaMKII-spezifische Phosphorylierung des RyR2 an Ser-2814 eine wichtige Rolle, welche als wesentliche Ursache für das SR Ca2+-Leck angesehen wird.
In der vorliegenden Dissertation wurde die Bedeutung der CaMKII-spezifischen RyR2-Phosphorylierung für die Entwicklung der CaMKIIδC-induzierten Herzinsuffizienz untersucht. Dafür wurden die transgen CaMKIIδC-überexprimierenden Mäuse mit Mäusen verpaart, in welchen der RyR2 nicht mehr durch die CaMKII-phosphoryliert werden konnte. Die hierdurch entstandenen δC/S2814A Mäuse wurden verglichen mit ihren Geschwistertieren (reiner Wildtyp, rein S2814A und rein δC).
Dazu wurden im Alter von sieben und zwölf Wochen Echokardiographien durchgeführt und biometrische Daten erhoben. An isolierten Kardiomyozyten wurde mittels konfokalem Laser-Scanning-Mikroskop das diastolische SR Ca2+-Leck durch Registrierung und Quantifizierung von spontanen diastolischen Ca2+-Freisetzungsereignissen, sogenannten Ca2+-Sparks, untersucht.
Die Untersuchung des diastolischen SR Ca2+-Lecks bestätigte dabei das hohe SR Ca2+-Leck infolge der CaMKIIδC-Überexpression (ca. 2,5-fach höher, als im Wildtyp). Die S2814A-Mutation hatte hingegen keinen relevanten Einfluss auf das SR Ca2+-Leck. Im Kontext der CaMKII-Überexpression zeigte sich jedoch, dass die S2814A-Mutation die δC/S2814A-Maus vollständig vor einem erhöhten SR Ca2+-Leck schützte. Die Ergebnisse zeigen damit erstmals, dass das CaMKII-induzierte SR Ca2+-Leck somit vollständig von der Phosphorylierung der CaMKII-spezifischen Stelle am RyR2 abhängt.
Interessanterweise zeigte sich jedoch, dass trotz der Protektion vor der Entwicklung eines SR Ca2+ Lecks die RyR2 S2814A-Mutation die δC/S2814A-Maus nicht vor der Entstehung einer Herzinsuffizienz schützte. Die echokardiographischen Untersuchungen der Tiere zeigten eine unveränderte linksventrikuläre Dilatation, Myokardhypertrophie und starke kontraktile Dysfunktion infolge der CaMKIIδC-Überexpression. Auch die biometrischen Daten zeigten eine unverminderte pulmonale Stauung in den δC/S2814A Tieren und bestätigten die unverändert starke kardiale Hypertrophie. Ebenfalls zeigten Überlebenszeitkurven dass die durch die CaMKII induzierte hohe frühzeitige Sterblichkeit durch die S2814A-Mutation nicht signifikant vermindert wurde.
Zusammenfassend bestätigten die Ergebnisse, dass das CaMKIIδC-induzierte SR Ca2+-Leck von der Hyperphosphorylierung des RyR2 an der Ser-2814-Stelle abhängt und die δC/S2814A-Mäuse mit phosphoresistenter Mutation dieser Stelle vollständig vor der Induktion des SR Ca2+-Lecks geschützt sind. Die Mutation hatte dabei jedoch keinen Einfluss auf die infolge der CaMKIIδC-Überexpression entstandene Herzinsuffizienz und die resultierende Mortalität. Infolgedessen muss in künftigen Arbeiten untersucht werden, welche weiteren durch die CaMKIIδC induzierten Pathomechanismen verantwortlich für die Genese der Herzinsuffizienz sein könnten.
Übersetzung der Zusammenfassung (Englisch)
Changes in calcium homeostasis and the resulting pathomechanisms in heart muscle contraction are considered to be the main causes for the development of heart failure. In the insufficient myocardium, an increased open probability of the ryanodine receptor 2 (RyR2) leads to spontaneous and uncoordinated diastolic Ca2+ releases from the sarcoplasmic reticulum (SR). The resulting SR Ca2+ leak leads ...
Übersetzung der Zusammenfassung (Englisch)
Changes in calcium homeostasis and the resulting pathomechanisms in heart muscle contraction are considered to be the main causes for the development of heart failure.
In the insufficient myocardium, an increased open probability of the ryanodine receptor 2 (RyR2) leads to spontaneous and uncoordinated diastolic Ca2+ releases from the sarcoplasmic reticulum (SR). The resulting SR Ca2+ leak leads to decreased SR Ca2+ levels, which in turn result in decreased systolic calcium release, with consequent reduced myofilament force development.
The Ca2+-calmodulin-dependent protein kinase II (CaMKII) is considered to be one of the main regulators of the conversion of electrical excitation of the heart muscle cells into a mechanical contraction, the so-called electromechanical coupling, and of the cellular Ca2+ balance. Furthermore, it regulates the L-type Ca2+ channel, controls the SERCA2a function and the phosphorylation of RyR2, which means that it can contribute to the genesis of heart failure, arrhythmias and cardiac hypertrophy at the cellular level.
The transgenic overexpression of CaMKIIδC in the mouse model leads to the development of severe heart failure with contractile dysfunction, cardiac dilatation and cardiac hypertrophy accompanied by pronounced changes in the cardiomyocyte Ca2+ balance and in particular a strong SR Ca2+-leak. Through an experimental inhibition of CaMKII, protective effects against the development of cardiac insufficiency could be shown. Presumably, the CaMKII-specific phosphorylation of RyR2 at Ser-2814 plays an important role, which is considered to be the main cause of the SR Ca2+ leak.
In this dissertation, the importance of CaMKII-specific RyR2 phosphorylation for the development of CaMKIIδC-induced heart failure was investigated. For this purpose, the transgenic CaMKIIδC-overexpressing mice were mated with mice in which the RyR2 could no longer be phosphorylated by the CaMKII. The resulting δC/S2814A mice were compared to their siblings (pure wild type, pure S2814A and pure δC).
For this purpose, echocardiographies were performed at the ages of seven and twelve weeks and biometric data were collected. The diastolic SR Ca2+ leak was investigated in isolated cardiomyocytes using a confocal laser scanning microscope by recording and quantifying spontaneous diastolic Ca2+ release events, so-called Ca2+ sparks.
Examination of the diastolic SR Ca2+ leak confirmed the high SR Ca2+ leak due to CaMKIIδC overexpression (approx. 2.5 times higher than in the wild type). In contrast, the S2814A mutation had no relevant influence on the SR Ca2+ leak. However, in the context of CaMKII overexpression, it was shown that the S2814A mutation completely protected the δC/S2814A mouse from an increased SR Ca2+ leak. The results show for the first time that the CaMKII-induced SR Ca2+ leak is completely dependent on the phosphorylation of the CaMKII-specific site on RyR2.
Interestingly, despite protection from the development of SR Ca2+ leakage, the RyR2 S2814A mutation did not protect the δC/S2814A mouse from developing heart failure. The echocardiographic examinations of the animals showed an unchanged left ventricular dilatation, myocardial hypertrophy and severe contractile dysfunction as a result of CaMKIIδC overexpression. The biometric data also showed an undiminished pulmonary congestion in the δC/S2814A animals and confirmed the unchanged strong cardiac hypertrophy. Survival time curves also showed that the high early mortality induced by CaMKII was not significantly reduced by the S2814A mutation.
Taken together, the results confirmed that the CaMKIIδC-induced SR Ca2+ leak depends on the hyperphosphorylation of the RyR2 at the Ser 2814 site and the δC/S2814A mice with phosphoresistant mutation of this site are completely protected from the induction of the SR Ca2+ leak . However, the mutation had no influence on the cardiac insufficiency caused by CaMKIIδC overexpression and the resulting mortality. As a result, future work must investigate which other pathomechanisms induced by CaMKIIδC could be responsible for the genesis of heart failure.
Metadaten zuletzt geändert: 22 Apr 2025 06:20
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