Dokument: Auswirkungen genetischer und struktureller Veränderungen im Kalzium-Regulator Phospholamban auf die myokardiale Kraftentwicklung

Titel:	Auswirkungen genetischer und struktureller Veränderungen im Kalzium-Regulator Phospholamban auf die myokardiale Kraftentwicklung
Weiterer Titel:	Impact of genetic and structural changes in the calcium regulator phospholamban on myocardial force development
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=65098
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20240304-112813-0
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Deutsch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Brinkmann, Maximilian Anselm [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 2,86 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 29.02.2024 / geändert 29.02.2024
Beitragende:	Univ.-Prof.Dr. Schmitt, Joachim [Gutachter] Prof. Krüger, Martina [Gutachter]
Stichwörter:	Phospholamban, SERCA2a, PLNR9C, PLNAFA, DCM, Organbadversuch, myokardiale Kraftentwicklung
Dewey Dezimal-Klassifikation:	600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften » 610 Medizin und Gesundheit
Beschreibungen:	Dilatative Kardiomyopathien (DCM) sind Erkrankungen des Herzmuskels, die zu einer Erweiterung der Herzkammern und progredienter Herzinsuffizienz führen. Die Gründe, die zu einer DCM führen sind vielfältig. Unter den genetischen Formen sind Gendefekte in mehr als 30 verschiedenen kardialen Proteinen bekannt. Eine besonders maligne Mutation ist der heterozygote Austausch der Aminosäure Arginin gegen Cystein in Position 9 (R9C) des myozytären Kalziumregulators Phospholamban (PLN). PLN ist ein alpha-helikales Protein, das in vivo überwiegend als Pentamer vorliegt, jedoch nur in monomerer Form die Kalzium-ATPase 2a des sarko- und endoplasmatischen Retikulums (SERCA2a) hemmt. Die SERCA2a stellt den molekularen Motor des Kalziumkreislaufs der Herzmuskelzellen dar und ist damit ein zentraler Regulator der Kontraktion und Relaxation des Herzens. Ziel der vorliegenden Arbeit war die Charakterisierung der Kraftentwicklung linksventrikulärer Papillarmuskeln aus transgenen Mausmodellen mit der PLNR9C-Mutation, mit und ohne PLN-Pentamere beziehungsweise ganz ohne PLN (PLNKO) im Vergleich zu Tieren mit unverändertem PLN (WT). Für die Untersuchungen wurde jeweils der posteriore Papillarmuskel aus den Herzen isoliert und die Kraftentwicklung im Organbad unter elektrischer Stimulation (1 Hz) und Veränderung der Vorspannung sowie unter beta-adrenerger Aktivierung mit Isoprenalin gemessen. Zur Normalisierung der ermittelten Werte auf die Dicke der einzelnen Papillarmuskeln wurden Messungen ihres Durchmessers und Querschnitts nach histologischer Aufarbeitung der Papillarmuskeln durchgeführt. Die Stimulation mit Isoprenalin führte bei allen Mauslinien außer bei PLNR9C und PLNKO zu einem signifikanten Anstieg der maximal generierten Kraft und der Geschwindigkeit des Kraftanstiegs und des Kraftabfalls. Die mittlere effektive Konzentration (EC50) der Geschwindigkeit des Kraftabfalls war für die Mauslinie PLNR9C tendenziell gegenüber dem WT und Mutanten ohne PLN-Pentamere (mPLNR9C) erhöht. Ohne PLNR9C-Mutation waren die Isoprenalin-vermittelten Steigerungen der maximalen Kraftentwicklung und der Kinetik von Kraftzunahme und -abfall in Muskeln mit PLN-Pentameren höher als in den Mauslinien mit ausschließlich monomerem oder keinem PLN, teilweise sogar signifikant. Gerade bei niedrigen Isoprenalin-Dosierungen waren jedoch die Dosis-Wirkungskurven nach rechts verschoben. Insbesondere waren hier höhere Isoprenalin-Konzentrationen erforderlich, um die gleiche Geschwindigkeit des relativen Kraftabfalls zu erreichen, wenn PLN-Pentamere gebildet werden konnten. Eine schrittweise Erhöhung der Vorspannung der Papillarmuskeln als Surrogat für eine Vorlasterhöhung führte hingegen zu keinen signifikanten Unterschieden der Kraftgenerierung zwischen den einzelnen Gruppen. Die maximale Kraft entwickelten die Papillarmuskeln bei einer Vorspannung von 1 mN. Der Vergleich der ein- und zweidimensionalen Verfahren zur Normalisierung der Rohwerte auf die Dicke der Papillarmuskeln ergab eine prozentual niedrigere Varianz und im Mittel etwa dreifach höhere Werte, wenn die Muskelquerschnitte histologisch ermittelt worden waren. Die Daten zeigen eine Beeinflussung der Kraftentwicklung von Herzmuskelgewebe durch PLN-Pentamerisierung, insbesondere eine Dämpfung ihrer Sensibilität auf beta-adrenerge Stimulation bei erhaltener Maximalantwort. In Gewebe mit der PLNR9C-Mutation kann der Verlust der Pentamerbildung zudem die Rechtsverschiebung der Dosis-Wirkungskurven aufheben. Anders als bei der Isoprenalin-Antwort ergaben sich keine Hinweise für einen Einfluss der untersuchten PLN-Varianten auf die generierte Muskelkraft in Abhängigkeit von der Vorlast des Herzens. Dilatative cardiomyopathies (DCM) are diseases of the heart muscle, which lead to dilatation of the chambers of the heart and progressive heart failure. There are many reasons leading to a DCM. Among the genetic forms mutations are so far known in over 30 different cardiac proteins. A particularly malignant mutation in cardiomyocytes is the heterozygous exchange of the amino acid arginine for cysteine in position 9 (R9C) of the calcium regulator Phospholamban (PLN). PLN is an alpha-helical protein, which is mostly pentamerized in vivo, but inhibits the calcium ATPases SERCA2a in its monomeric form. SERCA2a constitutes the main engine of the calcium cycle in cardiomyocytes and thus works as a central regulatory protein for contraction and relaxation of the heart. The present work aimed to characterize the force development of papillary muscles in left ventricles of the heart based on transgenic mouse models with the PLNR9C mutation, mice with and without the ability to form PLN pentamers as well as mice without PLN (PLNKO) compared with wildtype mice with unmodified PLN (WT). For the experiments the posterior papillary muscle was isolated, and the force development was measured in an organ bath. The muscles were electrically stimulated (1 Hz) and experiments got carried out with changes to the tension load as well as beta-adrenergic stimulation with Isoprenaline. To normalize the determined values to the thickness of the papillary muscles, measurements of the diameter and cross section were performed for each muscle. Stimulation with Isoprenaline resulted in a significant increase in the maximum force generation, contraction as well as relaxation velocity in all groups except PLNR9C and PLNKO. The half-maximal effective concentration (EC50) of the relaxation velocity showed a trend to increase in the R9C group compared to WT mice and mice without pentameric PLN (mPLNR9C). Without the PLNR9C mutation, isoprenaline-mediated increases in force, contraction and relaxation velocity were higher in muscles with PLN pentamers than in the mouse lines with only monomeric or no PLN, in some cases even significantly so. Especially under low isoprenaline contractions the dose effect curves were shifted to the right. Groups with pentameric PLN needed higher concentrations to reach the same relative relaxation velocity. A gradual increase in tension load as a surrogate for the cardial preload showed no significant differences in force development between the different groups. All groups developed maximal twitch force at a preload of 1 mN. Comparisons of the one- and two-dimensional normalization showed a lower percentual variance and, on average, approximately three times higher values for the cross-section measurements. The data suggests that PLN pentamerization increases the range in which beta-adrenergic stimulation can influence the force development of the cardiac muscle. Cardiomyocytes with only monomeric PLN seem to react faster when exposed to low concentrations of Isoprenaline. The PLNR9C point mutation, which leads to DCM, tends to show a rightward shifted dose effect curve, especially for the relaxation velocity. The loss of pentamerization in mice with this genetic disorder (mPLNR9C) completely cancels this trend, suggesting a pathogenetic relevance for pentameric PLN. Contrary to the isoprenaline response, there was no evidence for an influence of the PLN variants on the generated twitch force.
Lizenz:	Dieses Werk ist lizenziert unter einer Creative Commons Namensnennung 4.0 International Lizenz
Fachbereich / Einrichtung:	Medizinische Fakultät » Institute » Institut für Pharmakologie und Klinische Pharmakologie
Dokument erstellt am:	04.03.2024
Dateien geändert am:	04.03.2024
Promotionsantrag am:	29.02.2024
Datum der Promotion:	29.02.2024