Dokument: Der Einfluss von Diabetes mellitus Typ 1 auf die Titin-Phosphorylierung in Herz- und Skelettmuskulatur im Rattenmodell
| Titel: | Der Einfluss von Diabetes mellitus Typ 1 auf die Titin-Phosphorylierung in Herz- und Skelettmuskulatur im Rattenmodell | |||||||
| Weiterer Titel: | Influence of type 1 diabetes mellitus on phosphorylation of titin in heart and skeletal muscle in a rat model | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=57512 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20210922-161405-2 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Deutsch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | Möschter, Lukas Johannes [Autor] | |||||||
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| Beitragende: | Prof. Krüger, Martina [Gutachter] Prof. Dr.med. Joachim Schmitt [Gutachter] | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften » 610 Medizin und Gesundheit | |||||||
| Beschreibungen: | Titin ist das größte bekannte Protein des menschlichen Körpers. Innerhalb des Sarkomers fun-giert es als molekulare Feder und ist unter anderem für die passiven Rückstellkräfte während des Kontraktionszyklus verantwortlich. Es spannt sich zwischen Z-Scheibe und M-Band auf und überbrückt somit Aktin und Myosin, als integraler Bestandteil des Sarkomers.
Bei vielen Diabetiker*innen entwickelt sich im Verlauf der Erkrankung eine diabetische Kardio-myopathie, die mit einer diastolischen Dysfunktion mit erhöhter passiver Myokardsteifigkeit einhergeht. Die Phosphorylierung von Titin spielt für die passive Myokardsteifigkeit eine wichti-ge Rolle. Zwei Titin-Proteindomänen sind hier von zentraler Bedeutung: die sogenannte PEVK-Region, die durch erhöhte Phosphorylierung steifer wird, und die herzspezifische N2-B unique sequence, die durch erhöhte Phosphorylierung weniger steif wird. Auf Ebene der Skelettmuskulatur ist häufiger eine diabetische Myopathie mit einer Minderung der aktiven Muskelkraft zu beobachten. Hier ist bisher nicht geklärt, ob diese auch mit einer Veränderung der passiven Steifigkeit einhergeht. Der Fokus dieser Arbeit lag auf der Untersuchung der Phosphorylierungslevel von Titin in der Herzmuskulatur von Ratten, die durch Behandlung mit Streptozotozin (STZ) einen absoluten Insulinmangel und somit Typ 1 Diabetes mellitus entwickelten. Neben den linksventrikulären Proben wurden ebenfalls Proben des Musculus quadriceps femoris und Musculus psoas unter-sucht. Beurteilt wurde repräsentativ die relative Phosphorylierung der Serinreste (S) 4010 und 4099 in der herzspezifischen N2-B unique sequence und S 11878 und S 12022 in der PEVK-Region. Zusätzlich wurden innerhalb der entsprechenden Signalwege noch PKCα und Tropinin I auf ihren Phosphorylierungsstatus überprüft. Per SDS-PAGE und Western Blot wurde eine vergleichende Analyse der Titin-Phosphorylierungslevel in STZ-behandelten und unbehandelten Tieren (je n=3-5/Gruppe) durchgeführt. Für den linken Ventrikel wurden Tiere im Alter von 12 Wochen und 20 Wochen verglichen. Für die Analyse der Skelettmuskulatur wurden Tiere im Alter von 20 Wochen heran-gezogen. In den linksventrikulären Proben der 20 Wochen alten Tiere konnte festgestellt werden, dass der Serinrest 12022 in der Titin-PEVK-Region eine im Vergleich zur Kontrollgruppe signifikant erhöhte Phosphorylierung aufwies. Diese Veränderung konnte bei Vergleichsversuchen mit den 12 Wochen alten Tieren nicht nachgewiesen werden. Verstärkte Phosphorylierung der kardialen Titin-PEVK-Region ist mit einem Anstieg der passiven Myozytensteifigkeit assoziiert. Die Ergeb-nisse dieser Studie untermauern die Hypothese, dass eine diastolische Dysfunktion bei Diabeti-ker*innen durch Titinphosphorylierung in der PEVK-Region und damit einer wahrscheinlichen Zunahme der passiven Myozytensteifigkeit mitverursacht wird. Interessanterweise zeigten sich in der Analyse der Musculi quadriceps femoris und Musculi psoas der 20 Wochen alten Tiere teils gegenteilige Veränderungen. Hier waren die Phosphory-lierungslevel bei den diabetischen Proben in der Titin-PEVK-Region am S11878 vermindert, was eine Abnahme der passiven Myozytensteifigkeit vermitteln sollte. Im Musculus psoas war gleichzeitig allerdings, wie im linken Ventrikel auch, S12022 erhöht phosphoryliert. Dies deutet daraufhin, dass Diabetes mellitus Typ 1 auf Titin-Ebene auch die Muskelsteifigkeit adaptiv bzw. maladaptiv beeinflussen könnte. Unklar ist hier die Auswirkung auf die Funktionsfähigkeit der Skelettmuskulatur. Auch in den untersuchten Kinase-Signalwegen ließ sich kein signifikanter Unterschied feststel-len. PKCα und TroponinI waren in ihrem Phosphorylierungsstatus in den beiden Versuchsgrup-pen unverändert. Dies weist bei jeweils unterschiedlichen Phosphorylierungsleveln in der Titin-PEVK-Region daraufhin, dass hier noch andere Kinasen, wie z.B. CamKIIδ, aktiv sind. Zusammenfassend konnte gezeigt werden, dass Diabetes mellitus Typ1 einen Einfluss auf die Titinmodifikation hat. Zukünftige Studien müssen zeigen, inwiefern sich diese auf funktioneller Ebene auswirkt.Titin is the largest known protein in the human body. It acts as a molecular spring in the muscle sarcomere and, amongst other things, determines the passive force of the myofilaments during the contraction cycle. As an integrative component of the sarcomeric structure, it extends be-tween Z-disk and M-line and bridges actin and myosin. Many diabetic patients develop diabetic cardiomyopathy with diastolic dysfunction caused by increased passive myocardial stiffness. The phosphorylation of titin plays an important role in modifying passive myocardial stiffness. Two protein domains of titin are particularly important here: The so-called PEVK region, the stiffness of which increases through phosphorylation, and the cardiac-specific N2-B-unique sequence, the stiffness of which decreases through phosphory-lation. For skeletal muscle, diabetic myopathy with loss of active muscle was often observed. As of yet it is unclear if there is a change of passive stiffness, too. The focus of this work was to investigate the phosphorylation levels of titin in the heart muscle of rats that developed absolute insulin deficiency and thus type 1 diabetes mellitus after treat-ment with streptozotocin (STZ). Samples of the left ventricle, the quadriceps femoris, and the psoas were studied. We evaluated representatively the relative phosphorylation of the serin phosphosites (S) 4010 and 4099 in the cardiac N2-B-unique sequence, and S11878 and S12022 in PEVK region of titin. Additionally, we analyzed the phosphorylation status of PKCα and tropo-ninI. Titin phosphorylation levels of STZ-treated and untreated animals (n=3-5/group) were analyzed and compared with using SDS-PAGE and Western-blot. Samples for the analysis of left ventricu-lar tissue originated from 12- and 20-week-old animals. Samples of the skeletal muscle tissue were excised from 20-week-old animals. In the left ventricular samples of 20-weeks-old rats, we identified a significantly increased rela-tive phosphorylation of S12022 compared to the untreated/non-diabetic group. This effect was not present in the 12-week-old rats. Increased phosphorylation of the myocardial titin-PEVK region is associated with higher passive stiffness. The results of this study support the hypothe-sis that diastolic dysfunction in diabetes is in part caused by titin-phosphorylation in PEVK re-gion and probably by the concomitant increase in passive myocardial stiffness. Examination of the quadriceps femoris and psoas of the 20-week-old animals demonstrates that the phosphorylation of S11878 in titin-PEVK region was significantly reduced, suggesting re-duced passive stiffness of the myocytes. However, in psoas tissue we could identify increased phosphorylation of S12022 as well as in the left ventricle. We therefore conclude that type 1 diabetes mellitus could have an influence on the stiffness of myocytes in an adaptive or mal-adaptive way. Consequences of these findings on the functionality of skeletal muscle remain unclear. No differences were detected in the relative phosphorylation level of PKCα and troponinI bet-ween these two experimental groups. The findings suggest that other kinases like CaMKIIδ may cause the observed diabetes-induced changes in titin-PEVK-region phosphorylation. In sum, it was shown that diabetis mellitus type 1 influences the modification of titin. Future studies will have to investigate how this modification affects functioning. | |||||||
| Lizenz: |  Urheberrechtsschutz | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Medizinische Fakultät » Institute » Institut für Herz- und Kreislaufphysiologie | |||||||
| Dokument erstellt am: | 22.09.2021 | |||||||
| Dateien geändert am: | 22.09.2021 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 07.03.2021 | |||||||
| Datum der Promotion: | 07.09.2021 |
