Dokument: Der Einfluss von Ischämie/Reperfusion und ischämischer Präkonditionierung auf die Titin-basierte passive Steifigkeit der Kardiomyozyten im Großtiermodell
| Titel: | Der Einfluss von Ischämie/Reperfusion und ischämischer Präkonditionierung auf die Titin-basierte passive Steifigkeit der Kardiomyozyten im Großtiermodell | |||||||
| Weiterer Titel: | The impact of ischemia/reperfusion and ischemic preconditioning on the titin-based passive tension of cardiomyocytes in a large animal model | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=56769 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20210708-084534-6 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Deutsch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | Jahns, Celerina [Autor] | |||||||
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| Beitragende: | Prof. Krüger, Martina [Gutachter] Prof. Dr. Grandoch, Maria [Gutachter] | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften » 610 Medizin und Gesundheit | |||||||
| Beschreibungen: | Der Herzinfarkt ist eine der häufigsten Todesursachen in den westlichen Industrienationen. In Folge des Myokardinfarkts kommt es zu einem Verlust von Herzgewebe und einem daraus resultierenden Funktionsverlust des infarzierten Myokards. Die Anpassungsmechanismen des nicht-infarzierten (remote) Myokardanteils auf den plötzlichen Funktionsverlust benachbarter Areale sind noch weitestgehend unbekannt. Im Mausmodell konnte gezeigt werden, dass Ischämie/Reperfusion im remote Myokard zu einem akuten Anstieg der Titin-basierten Kardiomyozytensteifigkeit führt, vermutlich, um die Herzaktion des durch den Substanzverlust geschwächten Myokards aufrecht zu erhalten. Ursächlich für den Anstieg der Titin-basierten passiven Steifigkeit sind unter anderem durch die Ca2+-abhängige Proteinkinase PKCα vermittelte Phosphorylierungen in der elastischen PEVK-Region Titins. Titin ist mit bis zu 3,7 MDa das größte Protein des menschlichen Körpers und ist neben Aktin und Myosin ein Filamentprotein des Sarkomers. Hier ist es für viele wichtige Funktionen zuständig, allen voran die Beeinflussung der passiven Dehnbarkeit beziehungsweise Steifigkeit des Herzmuskelgewebes. Etwa 10 Tage nach einem Myokardinfarkt hat sich im infarzierten Bereich eine fibrotische Infarktnabe gebildet und es kommt auch im remote Myokard wieder zu einer Abnahme der passiven Steifigkeit von Titin.
Aus Versuchen am Schweinemodell ist bekannt, dass durch ischämische Präkonditionierung (IPC), also dem eigentlichen Infarkt vorausgehende Zyklen einer vorübergehenden Myokardischämie, die Infarktgröße und somit den Gewebeverlust deutlich reduzieren kann. Welche Signalwege an dem Prozess der IPC beteiligt sind, ist noch nicht vollständig geklärt. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, zunächst die im Mausmodell beobachteten Veränderungen der Titin-Eigenschaften auch am Großtiermodell des Schweins nachzuweisen. Weiterführend soll an diesem Modell der Einfluss einer IPC auf die infarkt-induzierten Titin-Veränderungen charakterisiert werden. Zur Beantwortung dieser beiden Fragestellungen wurden Gewebebiopsien aus Schweineherzen verwendet, die entweder nur einer Ischämie (55 min) und anschließender Reperfusion (10 bzw. 120 min) ausgesetzt waren, oder einer Ischämie/Reperfusion mit vorausgegangener ischämischen Präkonditionierung (zwei Zyklen von jeweils 3 min mit 2 min Reperfusion dazwischen). Mittels Western Blot-Verfahren wurde die relative PKCα-vermittelte Phosphorylierung der zwei Serinreste S11878 und S12022 im Titin PEVK-Element, sowie die Aktivität der PKCα analysiert. Im Ischämie/Reperfusions-Modell zeigte sich eine signifikante Erhöhung der Phosphorylierung der PEVK-Region an S11878 und eine tendenzielle Steigerung an der Stelle S12022 sowie eine Erhöhung der PKCα-Aktivität während der Ischämie und zu beiden Reperfusionszeitpunkten. Im zweiten Modell mit vorangegangener IPC, zeigte sich bereits infolge der Präkonditionierung ein signifikanter Anstieg der Phosphorylierung an beiden Stellen der PEVK-Region, S11878 und S12022 sowie eine erhöhte Aktivität der PKCα und diese Veränderungen wurden durch den nachfolgenden Myokardinfarkt noch weiter verstärkt. Die grundsätzlich erhöhte Phosphorylierung der Titin PEVK-Region lässt darauf schließen, dass es auch im Großtiermodell während einer Myokardischämie nicht nur zu einer schnellen Zunahme der Titin-basierten passiven Steifigkeit der Myozyten kommt, sondern dies darüber hinaus bereits nach 10 Minuten Ischämie im Rahmen der IPC dargestellt werden kann. Weiterführende Untersuchungen müssen zeigen, inwiefern die beobachteten Veränderungen tatsächlich zu einer Zunahme der passiven Steifigkeit der Myozyten führen, und inwiefern der Anstieg der Titin-basierten Myozytensteifigkeit zu der kardioprotektiven Wirkung der IPC beiträgt.Myocardial infarction is among the leading causes of death in the western industrial nations. The myocardial infarction leads to a loss of cardiac tissue, which then results in impaired function of the infarcted myocardium. The adaptive mechanisms of the non-infarcted (remote) region of the myocardium to the sudden loss of function of adjacent areas are still unknown. In a mouse model it was demonstrated that ischemia/reperfusion leads to an abrupt increase of titin-based stiffness in cardiomyocytes of the remote myocardium. The observed increase in titin-based passive stiffness is largely caused by phosphorylation of the elastic PEVK region of titin and is mediated by increased activation of the Ca2+-dependent protein kinase PKCα. Titin is the biggest protein of the human body (up to 3,7 MDa) and next to actin and myosin a filament protein of the sarcomere. Apart from other important cellular functions titin is one of the main determinants of passive elasticity and stiffness of the heart muscle. Therefore, the observed cardiomyocyte stiffening could be an adaptive response to maintain the cardiac performance of the myocardium which has been weakened by the loss of substance. Approximately 10 days after myocardial infarction, a fibrotic scar has been formed in the infarcted area and the passive stiffness in the remote myocardium is decreasing. Through pig experiments it is known that by ischemic preconditioning (IPC) by cycles of a temporary myocardial ischemia before the actual infarction, the infarct size and thus the loss of tissue can be significantly reduced. However, which signaling pathways contribute to the process of IPC is still not completely understood. The present study aimed to test if the changes of the titin properties which were observed in a mouse model of myocardial ischemia and reperfusion can also be shown in a large animal model (pig). Furthermore, the study tested the influence of IPC on the ischemia-induced modulation of Titin shall be characterised in this study. To address the two questions, tissue biopsies were taken from pig hearts either exposed to only ischemia (55 min) and subsequent reperfusion (10 and 120 min, respectively) or ischemia/reperfusion after ischemic preconditioning (two cycles of 3 min each and 2 min reperfusion in between). Using Western blot analysis, the relative PKCα mediated phosphorylation of two sites, S11878 and S12022, in titin‘s PEVK region and also the phosphorylation of PKCα were examined. In the ischemia/reperfusion model, a significant increase of phosphorylation of the PEVK region at S11878 and also a rise at S12022 as well as an increase of the PKCα activity could be demonstrated not only during ischemia but also at the two timepoints of reperfusion. In the preconditioned IPC hearts, there was already a significant increase of titin phosphorylation at both sites of PEVK region, S11878 and S12011 after preconditioning, as well as an increased activity of PKCα. These changes were even intensified by the following myocardial ischemia/reperfusion. Taken together the data demonstrate that myocardial ischemia/reperfusion in mini pig hearts induces a rapid increase in titin-based passive stiffness of cardiomyocytes in the non-ischemic myocardium. Moreover, these modifications can be induced and accelerated by 10 min. of myocardial preconditioning. Future investigations need to prove to what extend the observed changes lead to an actual increase of passive stiffness of myocytes and how this increase contributes to the cardioprotective effect of IPC. | |||||||
| Lizenz: |  Urheberrechtsschutz | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Medizinische Fakultät » Institute » Institut für Herz- und Kreislaufphysiologie | |||||||
| Dokument erstellt am: | 08.07.2021 | |||||||
| Dateien geändert am: | 08.07.2021 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 26.01.2021 | |||||||
| Datum der Promotion: | 01.07.2021 |
