Dokument: Veränderungen der Signaltransduktion, des Glukosetransports und der kardialen Erregungsleitung in der Maus nach kardiomyozytenspezifischem AKT1/2-Knockout
| Titel: | Veränderungen der Signaltransduktion, des Glukosetransports und der kardialen Erregungsleitung in der Maus nach kardiomyozytenspezifischem AKT1/2-Knockout | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=65004 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20240222-142631-9 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Deutsch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | Müller, Phil-Torben [Autor] | |||||||
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| Beitragende: | Prof.Dr.rer.nat. Gödecke, Axel [Gutachter] Prof.Dr.rer.nat. Stork, Björn [Gutachter] | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften » 610 Medizin und Gesundheit | |||||||
| Beschreibungen: | AKT ist eine ubiquitär exprimierte Proteinkinase mit vielfältigen Funktionen, die für verschiedene, unter anderem kardiovaskuläre Erkrankungen von Bedeutung ist. Im Herzen sind vor allem die Isoformen AKT1 und AKT2 exprimiert.
Zur genaueren Untersuchung der kardiovaskulären Funktion von AKT und dessen Rolle bei der Entste- hung kardiovaskulärer Erkrankungen wurden im Institut für Herz- und Kreislaufphysiologie Mäuse mit induzierbarem, kardiomyozytenspezifischem AKT1/2-Knockout (iCM-AKT1/2-KO) erzeugt. Nach In- duktion des iCM-AKT1/2-KOs in den adulten Mäusen kommt es zur Ausbildung einer Herzinsuffizienz und Herzatrophie und zum Tod der Tiere nach durchschnittlich 24,4 Tagen. Mäuse mit iCM-AKT1- oder iCM-AKT2-Einzel-KO zeigen keine reduzierte Lebensdauer und keine deutlichen kardialen Funk- tionseinschränkungen (Gödecke et. al in Vorbereitung). Ziel dieser Arbeit war die Untersuchung und Beschreibung verschiedener möglicher Mechanismen der auftretenden Herzinsuffizienz und Herzatrophie nach iCM-AKT1/2-KO. Ein Aspekt war die Untersuchung der Phosphorylierung verschiedener AKT-abhängig phosphorylierter Proteine an Tag 7 nach Induktion des iCM-AKT-KOs im Western Blot. An d7 wurde noch keine aus- geprägte kardiale Funktionsminderung gemessen (Gödecke et. al in Vorbereitung), sodass frühe Verän- derungen der Phosphorylierungsmuster Hinweise auf Mechanismen der Entstehung der Funktionsein- schränkungen geben könnten. In dieser Arbeit wurden ausgeprägte Einschränkungen der AKT-abhängigen Phosphorylierung verschie- dener Proteine des mTORC1- und GSK3β-Signalwegs nachgewiesen, als Hinweis auf frühe Beeinträch- tigung der von diesen Signalwegen vermittelten Proteinbiosynthese bzw. Glykogensynthese. In iCM- AKT1- und iCM-AKT2-KO-Herzen zeigten sich ebenfalls Einschränkungen der AKT-abhängigen Phosphorylierungen der oben genannten Signalwege, jedoch jeweils in geringerer Ausprägung als bei den iCM-AKT1/2-KO Herzen. Dies zeigt, dass die Phosphorylierung der untersuchten Substrate in Kar- diomyozyten nicht streng isoformspezifisch erfolgt. Das Herz bezieht einen großen Teil seiner Energie aus der Verstoffwechselung von Glukose. Die wich- tigsten kardialen Glukosetransporter sind der konstitutiv an der Plasmamembran lokalisierte GLUT1- Transporter und der GLUT4-Transporter, der nach Insulinstimulation AKT-abhängig von intrazellulä- ren Vesikeln an die Plasmamembran gelangt und über den der Großteil der Glukose aufgenommen wird. Nach iCM-AKT1/2-KO ist demnach eine verminderte GLUT4-vermittelte Glukoseaufnahme zu erwar- ten. Die Analyse von mRNA-Microarrays zeigte eine vermehrte Expression des GLUT1-Transporters bei unveränderter GLUT4-Expression nach iCM-AKT1/2-KO. Durch Western Blot-Analysen wurde auch auf Proteinebene eine vermehrte GLUT1-Expression nach iCM-AKT1/2-KO nachgewiesen. Dies könnte ein Hinweis auf eine mögliche Teilkompensation verminderter insulinabhängiger Glukoseauf- nahme durch vermehrten GLUT1-vermittelten Glukosetransport sein. In kommenden Projekten könnte die Messung der Glukoseaufnahme z.B. in Kardiomyozyten insulinstimulierter iCM-AKT1/2-KO Mäuse, erfolgen. Es ist bekannt, dass Connexin43, das prädominante ventrikuläre Gap junction Protein, AKT-abhängig phosphoryliert wird, wodurch größere Gap junctions gebildet werden. Bei AKT-Inhibition kommt es zum Verlust von Gap junctions (Solan and Lampe, 2014). Darauf aufbauend war das dritte Ziel der Arbeit, den Einfluss von AKT auf die kardiale Erregungsleitung zu untersuchen. Dazu wurden Oberflä- chen-EKGs von WT-Mäusen nach Insulinstimulation analysiert und EKGs von unstimulierten WT- und iCM-AKT1/2-KO Mäusen im Zeitverlauf miteinander verglichen. Es zeigte sich keine im Oberflächen- EKG messbare Veränderung der Erregungsleitung im WT nach Insulinstimulation. Im iCM-AKT1/2- KO kam es zum Verlust der J-Welle ab d14 als Hinweis auf Veränderungen der frühen Repolarisation. Mögliche Ursache ist eine in mRNA-Microarray-Transkriptomanalysen nachgewiesene veränderte Ex- pression einer Vielzahl kardialer Kalium-Kanäle nach iCM-AKT1/2-KO. Um in kommenden Projekten Veränderungen der kardialen Depolarisation und Repolarisation nach iCM-AKT1/2-KO präziser zu charakterisieren, könnte die Erregungsleitung in iCM-AKT1/2-KO-Herzen mittels ventrikulärem Map- ping untersucht werden.AKT is an ubiquitous protein kinase with diverse functions and plays a major role in the genesis of different diseases, for example cardiovascular diseases. AKT1 and AKT2 are the most important isoforms expressed in the heart. To investigate the cardiovascular function of AKT and its role in the genesis of cardiovascular diseases, mice with inducible cardiomyocyte-specific knockout of AKT1 and AKT2 (iCM-AKT1/2-KO) were generated in the Institute of Cardiovascular Physiology. After the induction of the iCM-AKT1/2-KO in adult mice they develop heart insufficiency and heart atrophy and die after 24,4 days on average. Mice with cardiomyocyte-specific knockout of only AKT1 or AKT2 show a normal life expectancy and do not develop impaired cardiac function. It was the aim of this thesis to investigate and describe potential mechanisms leading to heart failure and heart atrophy in iCM-AKT1/2-KO mice. One aspect was to investigate the phosphorylation of different AKT-target proteins at day 7 after induc- tion of the iCM-AKT1/2-KO by Western blot. As the heart function of iCM-AKT1/2-KO mice was not impaired at that timepoint (Gödecke et. al in preparation), changes in phosphorylation of AKT-sub- strates at day 7 could suggest possible mechanisms for the development of cardiac functional impair- ment. Strong disturbances of the AKT-dependent phosphorylation of different proteins involved in the mTORC1- and GSK3β-signalling pathways suggest an early impairment of protein synthesis and gly- cogen synthesis mediated by these pathways. Disturbances of AKT-dependent phosphorylation of these pathways were also measurable but less pro- nounced in hearts of iCM-AKT1- or iCM-AKT2-KO mice. This indicates that phosphorylation of the observed proteins in cardiomyocytes is not strictly carried out in an isoform-specific manner. The heart generates a substantial part of its energy production through the metabolisation of glucose. The most important cardiac glucose transporters are GLUT1, which is constitutively located at the plasma membrane and GLUT4, which is translocated from intracellular vesicles to the plasma mem- brane in an AKT-dependent manner after insulin stimulation. The biggest part of glucose gets into the cell via GLUT4. After iCM-AKT1/2-KO a decrease in cellular glucose uptake via GLUT4 is to be ex- pected. mRNA-Microarrays showed an increased expression of GLUT1 after iCM-AKT1/2-KO, with unchanged expression of GLUT4. An increased amount of GLUT1 protein was measured in Western blots after iCM-AKT1/2-KO. This could point to a possible partial compensation of decreased insulin dependent glucose uptake via GLUT4 through increased GLUT1-mediated glucose transport. In follow- ing projects, measurement of glucose uptake, for instance in isolated cardiomyocytes of iCM-AKT1/2- KO mice stimulated with insulin, could be informative. Connexin43, the predominant ventricular gap junction protein, is phosphorylated by AKT, leading to the formation of bigger gap junctions. AKT-inhibition results in the loss of gap junctions (Solan and Lampe, 2014). Therefore, the third aim of this thesis was to investigate the impact of AKT on cardiac electrical conduction. Surface-ECGs of WT-mice were analysed after insulin stimulation, and ECGs of WT- and iCM-AKT1/2-KO mice were compared at different time points after induction of the knockout. No changes of the surface-ECG were measurable after insulin stimulation of WT-mice. In iCM- AKT1/2-KO mice the J-wave was missing from day 14 onwards, indicating changes in early repolari- zation. The altered expression of various cardiac potassium channels in iCM-AKT1/2-KO mice could be a possible cause of this. In following projects changes of cardiac depolarisation and repolarisation could be analysed more precisely by examination of cardiac electrical conduction of iCM-AKT1/2-KO mice via optical mapping. | |||||||
| Quelle: | Vergleiche Literaturverzeichnis | |||||||
| 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: | 22.02.2024 | |||||||
| Dateien geändert am: | 22.02.2024 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 24.07.2023 | |||||||
| Datum der Promotion: | 15.02.2024 |
