Über die potenziell kardioprotektive Rolle des Hitzeschockproteins A4
The potential cardioprotective role of HSPA4
von Svante Sören Gersch
Datum der mündl. Prüfung:2020-10-06
Erschienen:2020-08-06
Betreuer:Dr. Belal Mohamed
Gutachter:Prof. Dr. Karl Toischer
Gutachter:Prof. Dr. Susanne Lutz
Gutachter:Prof. Dr. Martin Oppermann
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http://dx.doi.org/10.53846/goediss-8142
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Zusammenfassung
Englisch
Background: The protein quality control (PQC) plays a crucial role in cellular homeostasis. Accumulation of misfolded proteins can lead to a loss of function of cardiomyocytes and thus can contribute to heart failure. A thorough understanding of PQC pathways in cardiomyocytes is essential to the development of novel therapeutic options against heart diseases. Chaperons as part of the PQC facilitate the folding of proteins into their correct conformations and can in addition initiate their degradation. The heat shock protein A4 (HSPA4), a co-chaperon, was identified as a nucleotide exchange factor for HSP70. Recent studies showed maladaptive cardiac remodeling in HSPA4-/--KO-mice. Aim and Methods: This thesis aimed to characterise the role of HSPA4 on PQC pathways in cardiomyocytes. Genetic perturbation of HSPA4 levels was achieved through overexpression and knock down in cells additionally stimulated with phenylephrine (PE) and endothelin-1 (ET-1), both known as powerful inductors of cardiac hypertrophy. Neonatal rat cardiomyocytes were isolated and the expression levels of HSPA4 were influenced via adenoviral transduction or transfection of siRNA, followed by phenotypic characterisation. Results: Overexpression of HSPA4 was suitable to increase the capacity of the PQC system and to reduce significantly polyubiquitinated proteins as evidenced by western blotting. Under stimulation with PE or ET-1, elevated levels of HSPA4 suppressed the progression of cardiac hypertrophy in the planimetric analysis and was associated with a suppression of the transcription of cardiac hormones ANP and BNP assessed by qPCR. In contrast, knock down of HSPA4 aggravated cardiac hypertrophy in the planimetric analysis and led to an accumulation of polyubiquitinated proteins. Conclusions and outlook: Collectively, a cardioprotective impact of HSPA4 could be established. As previous studies showed no effect on proteasome activity in HSPA4-/--KO-mice, upcoming studies should focus on the role of HSPA4-mediated autophagy. The development of targeted therapeutic strategies in heart failure requires a profound knowledge of the underlying molecular principles. This data support the development of treatment strategies in heart failure aimed at elevating HSPA4 levels.
Keywords: Chaperone; protein quality control; cardiomyocytes; hspa4; cardiac hypertrophy; heart failure
Deutsch
Hintergrund: Die Protein-Qualitäts-Kontrolle (PQC) nimmt eine bedeutende Rolle in der Zellhomöostase ein. Ein Akkumulieren fehlgefalteter Proteine kann zum Funktionsverlust von Kardiomyozyten führen und zur Entwicklung einer Herzinsuffizienz beitragen. Ein detailliertes Verständnis der PQC-Prozesse in Kardiomyozyten ist essentiell für die Entwicklung neuer Behandlungsmöglichkeiten von Herzkrankheiten. Chaperone als Teil der PQC vermitteln die Faltung von Proteinen in die korrekte Konformation und können ebenfalls deren Abbau initiieren. HSPA4, ein Co-Chaperon, wurde als Nukleotidaustauschfaktor für HSP70 identifiziert. Eine frühere Studie zeigte ein maladaptives kardiales Remodeling in HSPA4-/--KO-Mäusen. Ziel und Methoden: Ziel dieser Arbeit war es, die Rolle von HSPA4 in PQC-Prozessen des Herzens zu charakterisieren. HSPA4-Level wurden durch Überexpression und genetische Herunterregulation moduliert. Zellen wurden zusätzlich durch Phenylephrin (PE) und Endothelin-1 (ET-1) stimuliert, beides potente Induktoren einer kardialen Hypertrophie. Neonatale Rattenkardiomyozyten (NRCM) wurden isoliert, die HSPA4-Expression mittels Transfektion von siRNA oder adenoviraler Transduktion beeinflusst, und die Zellen phänotypisch charakterisiert. Ergebnisse: Eine Überexpression von HSPA4 war geeignet, die Kapazität der PQC zu steigern, und reduzierte signifikant polyubiquitinierte Proteine im Western Blot. Unter Stimulation mit PE oder ET-1 supprimierte ein erhöhtes HSPA4-Level die Hypertrophieentwicklung in der planimetrischen Auswertung der Kardiomyozyten. Damit einhergehend supprimierte HSPA4 auch den Anstieg der Transkription der kardialen Hormone ANP und BNP, nachgewiesen durch qPCR. Im Gegensatz dazu verstärkte die Herunterregulation von HSPA4 die Hypertrophie in der Planimetrie und förderte die Akkumulation polyubiquitinierter Proteine. Fazit und Ausblick: Zusammenfassend konnte der kardioprotektive Effekt von HSPA4 festgestellt werden. In einer früheren Studie konnte in HSPA4-/--KO-Mäusen kein Unterschied der Proteasomaktivität gemessen werden, weswegen künftige Studien die Rolle der HSPA4-vermittelten Autophagie näher untersuchen sollten. Für die Entwicklung zielgerichteter Therapeutika gegen Herzkrankheiten ist ein tiefgreifendes Verständnis der molekularen Grundlagen von großer Bedeutung. Die hier dargestellten Ergebnisse unterstützen die Entwicklung neuer Behandlungsstrategien in der Herzinsuffizienz, die auf die Erhöhung von HSPA4-Levels abzielen.
Schlagwörter: hspa4; Protein-Qualitäts-Kontrolle; Chaperon; kardiale Hypertrophie; Herzinsuffizienz