Die Bedeutung der subzellulären CaMKIIδ-Überexpression auf den intrazellulären Ca2+-Stoffwechsel in Herzmuskelzellen

Abstract

Die Ca2+/Calmodulin-abhängige Proteinkinase II (CaMKII) ist eine multifunktionelle Serin-/Threoninkinase. Sie ist multimerisch aus 6 bis 12 Monomeren aufgebaut. Die δ-Isoform ist die dominante Isoform im Herzen und existiert in zwei Splice-Varianten, der zytosolischen CaMKIIδC und der nukleären CaMKIIδB. In Vorarbeiten konnte an transgenen Mäusen gezeigt werden, dass Überexpression der CaMKIIδC zu massiven Störungen in der elektromechanischen Kopplung, als auch zu Herzhypertrophie und Herzinsuffizienz führt. Es konnte aber bislang nicht eindeutig geklärt werden, ob diese Veränderungen der elektromechanischen Kopplung direkt durch die Überexpression der CaMKIIδC oder durch den Herzinsuffizienz-Phänotyp hervorgerufen werden. Im Gegensatz dazu führt die transgene CaMKIIδB-Überexpression in der Maus zu einer milden Herzhypertrophie mit nur leicht eingeschränkter Kontraktilität. Weitere funktionelle Daten auf Zellebene waren bisher jedoch noch nicht ! erhoben worden. In der vorliegenden Arbeit wurde der intrazelluläre Ca2+-Stoffwechsel von Kardiomyozyten an drei unterschiedlichen Modellen untersucht: Zunächst wurde die akute Überexpression der CaMKIIδC, im zweiten Teil der Arbeit die der CaMKIIδB untersucht, beide jeweils mittels adenoviralem Gentransfer in Kaninchenkardiomyozyten. Schließlich wurde die chronische Überexpression der CaMKIIδB in einer transgenen Mauslinie untersucht. Sowohl bei der akuten als auch bei der chronische Überexpression der CaMKIIδB zeigten sich weder eine SR Ca2+-Leck, noch eine signifikanten Veränderungen in den Ca2+-Transienten oder der Kontraktilität. Die einzige Veränderung war die verstärkte (akut) oder reduzierte (chronisch) Amplitude des L-Typ Ca2+-Stroms. Für die akute Überexpression der CaMKIIδC konnte erstmals gezeigt werden, dass sie zu einem gesteigerten diastolischen SR Ca2+-Leck über den Ryanodin-Rezeptor führt, mit der Folge eines reduzierten SR Ca2+-Gehalts. Interessanterweise sind die Kontraktilität der Zellen und die Ca2+-Transienten dabei unverändert. Dies dürfte zu erklären sein dadurch, dass gleichzeitig sowohl der Ca2+-Einstrom über den L-Typ Ca2+-Kanal signifikant erhöht ist, als auch eine Zunahme der fraktionellen Ca2+-Ausschüttung aus dem SR gesehen wurde. Hierbei konnte im Gegensatz zur chronischen Überexpression der CaMKIIδC (MAIER et al., 2003) keine veränderte Aktivität der SR Ca2+-ATPase und des Na+/Ca2+-Austauschers (NCX) festgestellt werden. Schlussfolgern lässt sich also, dass es bei akuter CaMKIIδC-Überexpression zu einer deutlichen Störung der elektromechanischen Kopplung kommt mit einem CaMKII-bedingten SR Ca2+-Leck.