Dokument: Molekulare Mechanismen kardialer Atrophie in induzierbaren kardiomyozytären AKT1/2 Knock-out Mäusen – Die Bedeutung von FOXO Transkriptionsfaktoren und PGC-1 Koaktivatoren

Titel:	Molekulare Mechanismen kardialer Atrophie in induzierbaren kardiomyozytären AKT1/2 Knock-out Mäusen – Die Bedeutung von FOXO Transkriptionsfaktoren und PGC-1 Koaktivatoren
Weiterer Titel:	Molecular mechanisms of cardiac atrophy in inducible cardiomyocyte-specific AKT1/2 knock-out mice - The role of FOXO transcription factors and PGC-1 coactivators
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=60805
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20221013-105401-4
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Deutsch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Appel, Tim [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 5,68 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 10.10.2022 / geändert 10.10.2022
Beitragende:	Prof. Dr. Axel Gödecke [Gutachter] Dr Altschmied, Joachim [Gutachter]
Stichwörter:	kardiale Atrophie, AKT, FOXO, Autophagie
Dewey Dezimal-Klassifikation:	600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften » 610 Medizin und Gesundheit
Beschreibungen:	Die kardiale Atrophie auf Ebene des Organs kann als volumetrische oder numerische Atrophie verlaufen. Letztere ist gekennzeichnet durch eine Abnahme der Zellzahl, wohingegen die volumetrische Atrophie Folge der Imbalance zwischen Proteinsynthese und -abbau ist. Die molekularen Mechanismen kardialer Atrophie sind bislang unzureichend untersucht. Zur Untersuchung der an der kardialen Atrophie beteiligten molekularen Prozesse wurde ein induzierbares kardiomyozyten-spezifisches AKT1 und AKT2 Doppel-knockout Mausmodell (iCMAKT1/2 KO) genutzt. Die Gendeletion von AKT1/2 infolge fünfmaliger Tamoxifeninjektion resultierte in einer ausgeprägten und anhaltenden Reduktion der AKT1/2 Proteinmenge der Herzen. Eine Restmenge von AKT1/2 wird durch nichtkardiomyozytäres AKT erklärt. Weiterhin führte die Gendeletion beider AKT Isoformen zu einem Verlust myokardialer Masse durch eine Reduktion der Kardiomyozytengröße. Unter der Kontrolle von AKT regulieren Forkhead box O (FOXO) Transkriptionsfaktoren u.a. den Proteinabbau durch Induktion der Autophagie und fördern die Atrophie von Kardiomyozyten. Mittels konfokalmikroskopisch erstellter Aufnahmen immunfluoreszenzgefärbter Herzschnitte wurde eine zunehmende Kernlokalisierung des Transkriptionsfaktors FOXO3a detektiert. Zusätzlich zeigte sich in Western Blot Analysen eine Akkumulation Autophagie-assoziierter Proteine. Es konnte eine anfänglich gesteigerte Autophagieaktivität gefolgt von einem gestörten Autophagieprozess geschlussfolgert werden. Als weitere Ursache der Atrophie wurde ein Energiemangel der Kardiomyozyten durch eine mitochondriale Störung untersucht. Mikroarray-RNA-Expressionsanalysen hatten eine reduzierte Expression kernkodierter Gene für mitochondriale Proteine ergeben. In dieser Arbeit wurde eine verminderte Expression des Enzyms CPT2 gezeigt. Als mögliche Ursache dieser Beobachtung wurden die Transkriptionskoaktivatoren PGC-1α und PGC-1β untersucht, die als zentrale Regulatoren der mitochondrialen Biogenese und Energiehomöostase gelten. Bei fortgeschrittener Atrophie zeigten sich Expressionsunterschiede der Koaktivatoren, die auf eine Beteiligung an der mitochondrialen Störung hinweisen. Des Weiteren zeigten wir konfokalmikroskopisch die Kolokalisierung von mitochondrialen Bestandteilen und Lysosomen in isolierten Kardiomyozyten. Durch diese neue Methode ergaben sich Hinweise auf eine Zunahme der Mitophagie in den Kardiomyozyten. Ferner wurden in durchflusszytometrischen Analysen keine Hinweise für eine Infiltration von CD8+ T-Lymphozyten oder neutrophilen Granulozyten gefunden. Dies deutet darauf hin, dass die kardiale Atrophie vermutlich nicht wesentlich durch apoptotischen oder nekrotischen Zelluntergang bedingt wird. Ein Anstieg von CD4+ T-Lymphozyten und inflammatorischen Ly6Chi-Monozyten in iCMAKT1/2 KO-Herzen dagegen kann einen Hinweis für eine Beeinträchtigung der kardialen Funktion darstellen. Darüber hinaus wurde das fibrotische Remodeling im Atrophieprozess untersucht. In den iCMAKT1/2 KO-Herzen konnte durch Transkriptionsanalysen die Induktion eines profibrotisches Genprogramms nachgewiesen werden. Dies kann auf eine Zunahme der extrazellulären Matrix (ECM) hindeuten, für die auch histologisch Hinweise gefunden wurden. Abschließend ist festzuhalten, dass AKT1/2 essenziell für die Funktion und Struktur des Herzens ist. Eine Gendeletion beider Isoformen führt zu einer Imbalance von Proteinsynthese und Proteindegradation der Kardiomyozyten. Cardiac atrophy at the level oft he organ may take the form of volumetric or numeric atrophy. The latter is characterized by a decrease in cell number, whereas volumetric atrophy is a consequence of the imbalance between protein synthesis and protein degradation. The molecular mechanisms of cardiac atrophy are poorly understood. To investigate the molecular processes involved in cardiac atrophy, an inducible cardiomyocyte-specific AKT1 and AKT2 double-knockout mouse model was used. Gene deletion of AKT1/2 as a result of five tamoxifen injections resulted in a pronounced and sustained reduction of AKT1/2 protein levels in the hearts. A residual amount of AKT1/2 is explained by non-cardiomyocyte AKT. Furthermore, gene deletion of both AKT isoforms resulted in a loss of myocardial mass due to a reduction in cardiomyocyte size. Under the control of AKT, Forkhead box O (FOXO) transcription factors regulate protein degradation by inducing autophagy and promote cardiomyocyte atrophy. Using confocal microscopy imaging of immunofluorescence-stained heart sections, increasing nuclear localization of the transcription factor FOXO3a was detected. In addition, western blot analyses revealed an accumulation of autophagy-associated proteins. It could be concluded that an initially increased activity of autophagy is followed by an impaired autophagy process. Another cause of atrophy investigated in this work was cardiomyocyte energy deficiency due to mitochondrial dysfunction. Previous microarray RNA expression analyses had revealed reduced expression of nuclear-encoded genes for mitochondrial proteins. In this work the expression of the enzyme CPT2 was shown to be decreased. As a possible cause of this observation, the transcriptional coactivators PGC-1α and PGC-1β, which are considered key regulators of mitochondrial biogenesis and energy homeostasis, were investigated. During advanced atrophy differences in expression of the coactivators were demonstrated, suggesting involvement in mitochondrial dysfunction. To further investigate the status of cardiomyocyte mitochondria, we showed by confocal microscopy the colocalization of mitochondrial components and lysosomes in isolated cardiomyocytes. This new method provided evidence for an increase in mitophagy in cardiomyocytes. Furthermore, no evidence for infiltration of CD8+ T lymphocytes or neutrophil granulocytes was found in flow cytometric analyses. This suggests that cardiac atrophy is probably not substantially caused by apoptotic or necrotic cell death. In contrast, an increase in CD4+ T-lymphocytes and inflammatory Ly6Chi monocytes in iCMAKT1/2 KO hearts may be an indication of impaired cardiac function. In addition, fibrotic remodeling during cardiac atrophy was investigated. In the iCMAKT1/2 KO hearts transcript analysis demonstrated the induction of a profibrotic gene program. This may indicate an increase in extracellular matrix (ECM), for which evidence was also found histologically. In conclusion, AKT1/2 is essential for cardiac function and structure. Gene deletion of both isoforms leads to an imbalance of protein synthesis and protein degradation of cardiomyocytes.
Lizenz:	Dieses Werk ist lizenziert unter einer Creative Commons Namensnennung 4.0 International Lizenz
Fachbereich / Einrichtung:	Medizinische Fakultät » Institute » Institut für Herz- und Kreislaufphysiologie
Dokument erstellt am:	13.10.2022
Dateien geändert am:	13.10.2022
Promotionsantrag am:	21.12.2021
Datum der Promotion:	29.09.2022