Dokument: Effekte von Hyperglykämie auf den Titinisoformenswitch und die Autophagie in embryonalen Rattenkardiomyozyten
| Titel: | Effekte von Hyperglykämie auf den Titinisoformenswitch und die Autophagie in embryonalen Rattenkardiomyozyten | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=60086 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20220705-094614-3 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Deutsch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | Kalandrik, Deborah [Autor] | |||||||
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| Beitragende: | Prof. Dr. Krüger, Martina [Gutachter] Prof. Dr. Schmitt, Joachim [Gutachter] | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften » 610 Medizin und Gesundheit | |||||||
| Beschreibungen: | Hyperglykämie ist das Leitsymptom des Diabetes mellitus. Physiologisch kommt es postprandial zu einer hyperglykämischen Stoffwechsellage im Blut. Dauerhaft erhöhte Blutzuckerspiegel sind jedoch pathologisch und bedingen langfristig schwerwiegende Organschädigungen, insbesondere auch am Herzen. Die molekularen Ursachen für die Entwicklung einer diabetischen Kardiomyopathie sind noch nicht vollständig verstanden. Es wird vermutet, dass metabolische Veränderungen einen starken Einfluss auf den kontraktilen Apparat der Herzmuskelzellen haben. Neben den Proteinen Aktin und Myosin spielt Titin in der Muskelkontraktion eine zentrale Rolle. Mit einer Größe von 3-3,7 MDa ist Titin das größte bisher bekannte Protein im menschlichen Körper. In der Herzmuskulatur werden zwei Isoformen exprimiert, die längere und elastische N2BA (3,3 MDa) und die kürzere und steifere N2B Isoform (3,0 MDa). Die Steifigkeit von Myozyten kann durch das Titinisoformenverhältnis beeinflusst werden. Perinatal findet ein Isoformenswitch statt, in dem die N2BA-Isoform zunehmend durch die N2B-Isoform ersetzt wird. Dieser Wechsel beinhaltet nicht nur den Einbau neuer Filamente, sondern auch den Abbau der fetalen Isoform und der zu erneuernden adulten Isoform. Die vermutete Lebensdauer von nur 3-5 Tagen unterstreicht die Notwendigkeit zur kontinuierlichen Erneuerung der Titinfilamente. Bei Diabetespatienten wurden titinbasierte Veränderungen im Herzmuskel festgestellt und das Isoformenverhältnis war zugunsten der längeren und elastischeren Isoform N2BA verschoben. In neonatalen Rattenkardiomyozyten wurde gezeigt, dass hohe Glukosekonzentrationen die Autophagie und damit ein zentrales Element der Proteindegradationsmaschinerie inhibieren. Ziel dieser Arbeit war es, am Beispiel des perinatalen Titinisoformenswitches den Einfluss von Hyperglykämie auf die Titinisoformenzusammensetzung zu untersuchen und die Beteiligung der Autophagie am Abbau des Titinfilaments zu prüfen. Hierzu wurden embryonale Rattenkardiomyozyten unter hyperglykämischen Bedingungen und in An- und Abwesenheit von Insulin kultiviert. Anschließend wurde das Titinisoformenverhältnis mittels SDS-Gelelektrophorese zu verschiedenen Zeitpunkten sowie Expressionsänderungen von an der Autophagie beteiligten Proteinen bestimmt. Im Gegensatz zu einem veränderten Isoformenverhältnis bei Diabetespatienten gab es im ERC-Zellkulturmodell keinen Hinweis darauf, dass zu frühen oder späteren Zeitpunkten hohe Glukosekonzentrationen eine Auswirkung auf die Komposition der Titinisoformen haben. Ebenso wurde weder eine Inhibition noch eine Induktion der Autophagie beobachtet. Die erhobenen Daten deuten darauf hin, dass Hyperglykämie nicht ursächlich für die beobachtete veränderte Titinisoformenexpression ist. Eine Beteiligung der Autophagie an den Umbauprozessen konnte nicht abschließend geklärt werden. Die Hyperglykämiewirkung unterscheidet sich vermutlich je nach Reifestadium und somit Proliferationsraten eines Gewebes. Zusammenfassend lassen die Daten den Schluss zu, dass die titinbasierten Veränderungen bei Diabetespatienten möglicherweise nicht auf hyperglykämiebedingte Effekte zurückzuführen sind.Hyperglycemia is the leading symptom of diabetes mellitus. Physiologically, a hyperglycemic metabolic state occurs in the blood postprandially. However, permanently elevated blood glucose levels are pathological and cause serious organ damage in the long term, especially to the heart. The molecular causes for the development of diabetic cardiomyopathy are not yet fully understood. Metabolic changes are presumed to have a strong influence on the contractile apparatus of cardiac myocytes. Next to the proteins actin and myosin, titin plays a central role in muscle contraction. With a size of 3-3.7 MDa, titin is the largest protein known to date in the human body. Two isoforms are expressed in cardiac muscle, the longer and elastic N2BA (3.3 MDa) and the shorter and stiffer N2B isoform (3.0 MDa). Myocyte stiffness may be influenced by the titin isoform ratio. Perinatally, an isoform switch occurs in which the N2BA isoform is increasingly replaced by the N2B isoform. This switch does not only involve the incorporation of new filaments but also the degradation of both the fetal isoform and the to be renewed adult isoform. The presumed lifespan of only 3-5 days underscores the need for continuous renewal of titin filaments. In diabetic patients, titin-based changes were observed in the cardiac muscle and the isoform ratio was shifted in favor of the longer and more elastic isoform N2BA. In neonatal rat cardiomyocytes, high glucose concentrations were shown to inhibit autophagy and thus a key element of the protein degradation machinery. The aim of this work was to use the perinatal titin isoform switch as an example to investigate the influence of hyperglycemia on titin isoform composition and to examine the involvement of autophagy in titin filament degradation. For this purpose, embryonic rat cardiomyocytes were cultured under hyperglycemic conditions and in the presence and absence of insulin. Subsequently, the titin isoform ratio was determined by SDS gel electrophoresis at different time points and expression changes of proteins involved in autophagy were explored. In contrast to altered isoform ratios in diabetic patients, there was no evidence in the ERC cell culture model that high glucose concentrations had an effect on titin isoform composition early or later in time. Similarly, neither inhibition nor induction of autophagy was observed. The collected data suggests that hyperglycemia is not causal for the observed alteration in the titin isoform expression. Involvement of autophagy in the remodeling processes could not be conclusively determined. The hyperglycemic effect likely differs depending on the maturation stage and thus proliferation rates of the tissue. In conclusion, the data suggests that the titin-based changes in diabetic patients may not be due to hyperglycemia-related effects. | |||||||
| Lizenz: |  Urheberrechtsschutz | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Medizinische Fakultät | |||||||
| Dokument erstellt am: | 05.07.2022 | |||||||
| Dateien geändert am: | 05.07.2022 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 16.02.2022 | |||||||
| Datum der Promotion: | 30.06.2022 |
