Einfluss der Herzinsuffizienz auf Membranstrukturen und lokale cAMP-Dynamiken der SERCA2a-Mikrodomäne
Effects of heart failure on membrane structures and local cAMP dynamics of the SERCA2a microdomain
von Sandra Hofmann
Datum der mündl. Prüfung:2016-07-05
Erschienen:2016-10-17
Betreuer:Prof. Dr. Viacheslav Nikolaev
Gutachter:Prof. Dr. Viacheslav Nikolaev
Gutachter:Prof. Dr. Stephan E. Lehnart
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Zusammenfassung
Englisch
Despite various therapeutic options, heart failure is still one of the main chronic diseases and causes of death in Western industrial nations. The signaling cascade of 3‘,5’-cyclic adenosine monophosphate (cAMP) plays a key role in regulating efficient heart contraction, whereby alterations in compartmentation of this second messenger are not fully understood. It was thus the objective of this study to investigate regulatory mechanisms of the local cAMP pool in the microdomain of the sarcoplasmic/endoplasmic reticulum calcium ATPase 2a (SERCA2a) in murine cardiac myocytes under the pathological conditions of heart failure. Therefore, a myocardial infarction mouse model was used on a transgenic mouse line expressing a localized Förster resonance energy transfer (FRET)-based cAMP biosensor in vivo. By means of real time FRET measurements on freshly isolated living cardiac myocytes the contribution of cardiac phosphodiesterase (PDE) families to the shaping of the local cAMP pool in the SERCA2a microdomain was measured 12 weeks after myocardial infarction and compared to a control (sham) group. This reveals that under basal conditions as well as after β-adrenergic stimulation the activity of PDE4 in the microdomain has been significantly decreased compared to the sham group. Since this is associated with alterations in the local cAMP pool which regulates the SERCA2a, this study provides an interesting basis for further investigations of the functional disorders occurring in disease.
Keywords: cAMP; PDE4; Förster resonance energy transfer; heart failure; SERCA2a; FRET; myocardial infarction mouse model; phosphodiesterase 4
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Die Herzinsuffizienz ist trotz zahlreicher Therapiemöglichkeiten immer noch eine der häufigsten chronischen Erkrankung und Todesursachen in westlichen Industrienationen. Eine zentrale Rolle in der Regulation der effizienten Herzkontraktion nimmt die zyklisches Adenosin-3’,5’-monophophat(cAMP)-Signalkaskade ein, wobei Veränderungen in der Kompartimentierung des sekundären Botenstoffes bisher nicht vollständig verstanden sind. Ziel dieser Studie war es deshalb Regulationsmechanismen des lokalen cAMP-Pools der Mikrodomäne der ATP-abhängigen Calciumpumpe 2a des sarkoplasmatischen und endoplasmatischen Retikulums (SERCA2a) in kardialen Mausmyozyten unter den pathologischen Rahmenbedingungen der Herzinsuffizienz zu untersuchen. Hierfür wurde ein post-Myokardinfarkt Mausmodell an einer transgene Mauslinie verwendet, die einen cAMP-abhängigen auf Förster-Resonanz-Energietransfer(FRET)-basierenden Biosensor, lokalisiert in der SERCA2a-Mikrodomäne, in vivo exprimiert. Mit Hilfe von Echtzeit-FRET-Messungen an frisch isolierten, lebenden Kardiomyozyten wurden die Beiträge der am Herzen relevanten Phosphodiesterase(PDE)-Familien zur Begrenzung des lokalen cAMP-Pools in der SERCA2a-Domäne 12 Wochen nach Myokardinfarkt gemessen und mit einer Kontrollgruppe (Sham) verglichen. Hierbei zeigte sich, dass in der Mikrodomäne sowohl unter Ruhebedingungen, als auch nach β-adrenerger Vorstimulation, eine signifikante Aktivitätsminderung der PDE4, verglichen mit der Sham-Gruppe, nachweisbar ist. Da dies mit Veränderungen im lokalen cAMP-Pool der die SERCA2a reguliert einhergeht, bietet diese Studie also eine interessante Grundlage für die weitere Untersuchung der im Krankheitsfall auftretenden Funktionsabweichungen.
Schlagwörter: Herzinsuffizienz; cAMP; Förster-Resonanz-Energietransfer; SERCA2a; PDE4; FRET; post-Myokardinfarkt Mausmodell; Phosphodiesterase 4