Inhibtion der Ca²⁺/Calmodulin-abhängigen Proteinkinase (CaMKII) verbessert die Kontratilität von terminal insuffizientem Myokard des Menschen

Abstract

In den vergangenen Jahren avancierte die Herzinsuffizienz zu einer der häufigsten Todesursachen und kostenintensivsten Krankheiten. Bekannterweise ist die Ca2+/Calmodulin-abhängige Proteinkinase II (CaMKII) in der Herzinsuffizienz sowohl in ihrer Aktivität als auch in ihrer Expression erhöht, jedoch ist ihre funktionelle Rolle bei dieser noch nicht hinreichend geklärt. In dieser Dissertation konnten zum ersten Mal detaillierte Expressionsanalysen der CaMKII in humanen terminal insuffizienten Herzen und die Folgen der CaMKII-Inhibition auf die Myokardkontraktilität untersucht werden.Die Expressionsanalysen zeigten, dass die Proteinexpression der CaMKIIδ sowohl ihrer nukleären Splicevariante CaMKIIδB als auch ihrer zytosolischen Splicevariante CaMKIIδC und die CaMKIIγ-Expression bei Patienten mit dilatativer Kardiomyopathie (DCM) und ischämischer Kardiomyopathie (ICM) im linken und rechten Ventrikel in humanen terminal insuffizienten Herzen im Vergleich zu gesunden Herzen erhöht sind. Die Inhibition der CaMKII-Überexpression mit KN-93 und AIP bewirkte einen signifikant positiv inotropen Effekt in Muskelstreifenexperimenten. Signifikante Effekte auf die diastolische Spannung und die Relaxationskinetik der Muskelstreifen konnten nicht detektiert werden. Darüber hinaus wies das verbesserte Post-Pausen-Verhalten der Muskelstreifen und die durchgeführten Caffein-induzierten Ca2+-Transienten auf einen verbesserten Sarkoplasmatischen Retikulum (SR)-Ca2+-Stoffwechsel unter CaMKII-Inhibition hin. Di! e Hypothese, ob der verbesserte SR-Ca2+-Gehalt auf einem reduzierten SR-Ca2+-Leck beruhen könne, wurde mit Hilfe der konfokalen Laserfluoreszenzmikroskopie überprüft. Durch CaMKII-Inhibition konnte das SR-Ca2+-Leck signifikant vermindert werden und bestätigte somit die erhobene Hypothese. Darüber hinaus war die Ryanodinrezeptor Typ 2 (RyR2)-Phosphorylierung an Ser-2809 und an der für die CaMKII-spezifischen RyR2-Phosphorylierungsstelle an Ser-2815 nach CaMKII-Hemmung signifikant vermindert. Diese reduzierte RyR2-Hyperphosphorylierung durch CaMKII-Inhibition zog wahrscheinlich eine verminderte Öffnungswahrscheinlichkeit der RyR2 nach sich.Zusammenfassend erscheint die Inhibition der CaMKII bzw. die Inhibition des SR-Ca2+-Lecks durch vermehrte CaMKII-abhängige Phosphorylierung der RyR2 eine mögliche neue und vielversprechende Therapieoption in der Herzinsuffizienz.