Dokument: Mechanismen der Phospholamban-vermittelten Regulation von SERCA2a

Titel:	Mechanismen der Phospholamban-vermittelten Regulation von SERCA2a
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=47360
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20181008-111143-6
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Deutsch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Funk, Florian [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 9,79 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 04.10.2018 / geändert 04.10.2018
Beitragende:	Univ.-Prof.Dr. Schmitt, Joachim [Gutachter] Prof. Dr. Proksch, Peter [Gutachter]
Stichwörter:	SERCA2a, Phospholamban, kardiomyozytärer Kalziumkreislauf
Dewey Dezimal-Klassifikation:	600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften
Beschreibungen:	Transiente Veränderungen der zytosolischen Kalziumkonzentration regulieren in allen Muskelzellen Kontraktion und Relaxation. In Kardiomyozyten ist die Kalzium ATPase SERCA2a entscheidend für die zytosolische Kalziumelimination während der Diastole verantwortlich und deshalb von essentieller Bedeutung für die Aufrechterhaltung der zellulären Kalziumhomöostase. Fehlfunktionen von SERCA2a können zudem ursächlich für die Entwicklung einer Herzinsuffizienz sein. Daher ist das detaillierte Verständnis von Mechanismen, die die SERCA2a-Aktivität regulieren, von großem wissenschaftlichem und klinischem Interesse. Der wichtigste Regulator der SERCA2a ist Phospholamban (PLN). PLN liegt in einem Gleichgewicht zwischen Monomeren und Pentameren vor. Während Monomere eine direkte Inhibition von SERCA2a vermitteln, ist die funktionelle Rolle der Pentamere bisher unklar. Der erste Teil der vorliegenden Arbeit zeigt zum ersten Mal, dass PLN auch in seiner pentameren Form eine wichtige Funktion in der Regulation von SERCA2a besitzt. PLN Pentamere verstärkten in einem Mausmodell die PLN vermittelte SERCA2a Inhibition, indem sie den Phosphorylierungszustand von PLN Monomeren reduzierten. Nach β-adrenerger Stimulation ließen Pentamere dagegen die vollständige Inaktivierung von PLN-Monomeren zu. Dadurch erweitert die Pentamerbildung den Bereich, in dem SERCA2a-Aktivität reguliert werden kann. Der zweite Teil der Arbeit befasst sich mit der Pathogenese der durch eine Arg9Cys Mutation des PLN (PLN R9C) verursachten dilatativen Kardiomyopathie (DCM). Die vorliegende Arbeit hat gezeigt, dass die Bildung von Heteropentameren zwischen Wildtyp-PLN und PLN-R9C, wie sie im heterozygoten Organismus vorliegt, eine kritische Rolle für die Entwicklung der DCM besitzt. Die Unterdrückung der Heteropentamerbildung führte zu einer verstärkten Phosphorylierung von PLN-Monomeren und konnte den Erkrankungsbeginn in vivo signifikant hinauszögern. Heteropentamere stellen somit einen vielversprechenden Angriffspunkt für eine Krankheitsprävention in Trägern der PLN R9C Mutation dar. Der dritte Teil dieser Arbeit untersuchte am Mausmodell 24 Stunden nach Ischämie/Reperfusion die Ursachen der Kardiomyozytendysfunktion im nicht-infarzierten remote Myokard (RM). Es wird angenommen, dass die schlechte Funktion des RM zu der hohen Mortalität der Patienten in der Frühphase nach Myokardinfarkt beiträgt. In dieser Arbeit stellte sich heraus, dass eine verstärkte PLN-vermittelte SERCA2a Inhibition, welche auf einer verringerten Phosphorylierung von PLN beruhte, im RM den Kalziumkreislauf der Herzmuskelzellen sowie deren Kontraktion und Relaxation verlangsamte. Bei der Abklärung der Ursachen für die reduzierte PLN Phosphorylierung zeigte sich eine gesteigerte Aktivität der Proteinphosphatasen PP1 und PP2A. Die Normalisierung des Phosphorylierungszustands von PLN normalisierte auch den intrazellulären Kalziumkreislauf. Sie könnte deshalb einen neuen therapeutischen Ansatzpunkt zur Verbesserung der RM-Funktion darstellen. Transient alterations of the cytosolic calcium concentration regulate contraction and relaxation in all muscle cells. In cardiomyocytes, the Ca2+-ATPase SERCA2a is crucially involved in the elimination of calcium from the cytosol during diastole and therefore of essential importance for maintaining calcium homeostasis. Furthermore, SERCA2a dysregulation can be causally involved in the pathogenesis of heart failure. On this account, it is of great interest to gain a detailed understanding of mechanisms regulating SERCA2a activity in health and disease. The SERCA2a-regulatory protein PLN exists in an equilibrium between monomers and pentamers. While monomers facilitate direct SERCA2a inhibition the functional role of pentamer formation is less well defined. The present work shows for the first time that PLN pentamers are critically involved in SERCA2a regulation. Under basal conditions, PLN pentamers augmented PLN-mediated SERCA2a inhibition by reducing the phosphorylation state of PLN monomers in a mouse model. At the same time pentamers allowed for complete inactivation of monomers after beta-adrenergic stimulation. Thereby pentamers broaden the range within which SERCA2a activity can be regulated. The second part of the present work establishes a role of PLN pentamers in the pathogenesis of dilated cardiomyopathy (DCM), caused by Arg9Cys mutation of PLN (PLN R9C). The present work demonstrates that formation of heteropentamers between wildtype PLN and PLN R9C, as it occurs in the heterozygous organism, is involved in the pathogenesis of DCM. Suppression of heteropentamer formation led to enhanced phosphorylation of PLN monomers and could delay disease onset in vivo. Therefore, heteropentamers constitute a promising target for preventive therapeutical interventions in individuals affected by the PLN R9C mutation. The third part of this work examines the underlying mechanisms of cardiomyocyte dysfunction in the non-infarcted remote myocardium (RM) 24 hours post ischemia/reperfusion. Depressed RM function may contribute to the high mortality observed in patients during the early phase after myocardial infarction. In the present work, depression of calcium cycling due to excessive SERCA2a inhibition led to impaired contraction and relaxation of cardiomyocytes isolated from the RM. Mechanistically, increased SERCA2a inhibition resulted from reduced PLN phosphorylation which involved the increased activity of the protein phosphatases PP1 and PP2A. Normalization of PLN phosphorylation also normalized intracellular calcium cycling and could therefore constitute a novel therapeutic approach to improve RM function after myocardial infarction.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Medizinische Fakultät » Institute » Institut für Pharmakologie und Klinische Pharmakologie
Dokument erstellt am:	08.10.2018
Dateien geändert am:	08.10.2018
Promotionsantrag am:	18.07.2018
Datum der Promotion:	13.09.2018