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Calciumregulation in Kardiomyozyten haploinsuffizienter Cacna1c+/- -Ratten
Das CACNA1C-Gen codiert für die porenbildende α1C-Untereinheit der L-Typ-Calcium-Kanal (LTCC)-Isoform Cav1.2, welche im Gehirn, in Glattmuskelzellen und im Herzen exprimiert wird. Im Gehirn und in dessen Entwicklung ist die Cav1.2-Isoform beteiligt an der Regulation der synaptischen Plastizität, der...
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| 1. Verfasser: | |
|---|---|
| Beteiligte: | |
| Format: | Dissertation |
| Sprache: | Deutsch |
| Veröffentlicht: |
Philipps-Universität Marburg
2021
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| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | PDF-Volltext |
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| Zusammenfassung: | Das CACNA1C-Gen codiert für die porenbildende α1C-Untereinheit der L-Typ-Calcium-Kanal (LTCC)-Isoform Cav1.2, welche im Gehirn, in Glattmuskelzellen und im Herzen exprimiert wird. Im Gehirn und in dessen Entwicklung ist die Cav1.2-Isoform beteiligt an der Regulation der synaptischen Plastizität, der Neuronenaktivität und damit auch an Lernprozessen und Verhalten. Im Herzen ist Cav1.2 verantwortlich für den sarkolemmalen Calcium (Ca)-Einstrom während des Aktionspotentials und die Ca-induzierte Ca-Freisetzung aus dem sarkoplasmatischen Retikulum (SR), die in der Kontraktion des Kardiomyozyten resultiert. In genomweiten Assoziationsstudien konnten Polymorphismen im CACNA1C-Gen mit dem Auftreten von psychiatrischen Erkrankungen (Depressionen, Bipolare Störungen, Schizophrenie, Angststörungen & Autismus) in Verbindung gebracht werden, aber Varianten des Gens können sich auch in Herzerkrankungen (Brugada Syndrom, Timothy Syndrom oder dem long-QT Syndrom) äußern. Psyche und Herzfunktion sind einerseits über das CACNA1C-Gen miteinander verbunden, andererseits erhöhen psychiatrische Erkrankungen auch das Risiko für die Entwicklung kardialer Erkrankungen und vice versa. Der heterozygote Cacna1c+/--Knockout im Ratten/Mausmodell führt zur Entwicklung eines Verhaltensphänotyps, einhergehend mit Defiziten in der sozialen Kommunikation, erhöhter Ängstlichkeit und Autismus-ähnlichen Verhaltensweisen – und bestätigt so den wichtigen Einfluss des Gens auf Verhaltensebene. Die vorliegende Arbeit präsentiert die erste Charakterisierung des Cacna1c+/--Rattenmodells auf kardialer Ebene. Dafür wurde die Ca-Homöostase ventrikulärer Myozyten sowie die Expression und Phosphorylierung der Ca-regulierenden-Proteine im Herzen dieser Tiere untersucht und mit ihren Wildtyp (WT)-Wurfgeschwistern verglichen. In einer basalen Charakterisierung zeigten die Cacna1c+/--Tiere unveränderte Herzfrequenzen aber verminderte Blutdruckwerte ohne Hinweise auf die Entwicklung einer Herzhyper- oder -hypotrophie. In isolierten Kardiomyozyten wurden am Konfokalmikroskop, mithilfe des Ca-Farbstoffs Fluo-4, elektrisch stimulierte Ca-Transienten (CaT) untersucht. Dabei waren in Cacna1c+/--Myozyten unter basalen Bedingungen die CaT, der SR-Ca-Gehalt, die fraktionelle SR-Ca-Freisetzung, als auch der sarkolemmale Ca-Einstrom vergleichbar mit den WT-Myozyten, trotz einer 30%igen Reduktion der Cav1.2-Expression im Cacna1c+/--Myokard. Jedoch konnten Umbauprozesse der Ca-regulierenden Proteine, einhergehend mit erhöhter Expression der SR-Ca-ATPase (SERCA) und des Na-Ca-Austauschers (NCX) sowie einer basal erhöhten Proteinkinase A (PKA)-abhängigen Phosphorylierung an Cav1.2 (Ser1928) und dem Ryanodinrezeptor-Typ-2 (RyR2) (Ser2808) festgestellt werden, die als eine Art Kompensationsmechanismus angesehen werden können. Da das Cacna1c+/--Rattenmodell einen Verhaltensphänotyp aufweist und psychischer Stress auch mit erhöhter Sympathikusaktivität einhergeht, wurde im zweiten Teil der Arbeit eine Sympathikusstimulierung simuliert, bei der Ventrikelmyozyten mit dem β-adrenergen Agonisten Isoprenalin (ISO) behandelt wurden. Unter ISO (100 nM) war die Amplitude der CaT erhöht und der Abfall der CaT beschleunigt. Sowohl WT- als auch Cacna1c+/--Myozyten zeigten eine entsprechende Antwort auf die Behandlung mit ISO, wobei die Erhöhung der CaT-Amplitude in Cacna1c+/--Myozyten signifikant schwächer ausgeprägt war. Nach ISO-Gabe erhöhte sich die fraktionelle Ca-Freisetzung in WT-Myozyten von 60% auf 90%, wohingegen die Erhöhung von 60% auf 75% in Cacna1c+/--Myozyten ebenfalls schwächer ausfiel. Entsprechend wurde mittels einer ISO-Konzentrations-Wirkungskurve in Cacna1c+/--Myozyten ein signifikant höherer EC50 von 13 nM im Vergleich zum WT (EC50: 4 nM) ermittelt. Darüber hinaus war nach Ausschalten des SR der sarkolemmale Ca-Einstrom unter ISO in Cacna1c+/--Myozyten vermindert. In Langendorff-perfundierten Herzen wurde die ISO-vermittelte Steigerung der Phosphorylierung der wichtigsten Ca-regulierenden Proteinen untersucht. Die Steigerung der Phosphorylierung des RyR2 an Ser2808 war dabei in Cacna1c+/--Herzen signifikant schwächer ausgeprägt als im WT. Da im Cacna1c+/--Myokard diese Stelle bereits basal stärker phosphoryliert war, konnte die ISO-vermittelte Steigerung auch nicht mehr so ausgeprägt stattfinden wie im WT. Diese reduzierte Phosphorylierungs-Reserve in Cacna1c+/--Myozyten ist mutmaßlich verantwortlich für die beeinträchtigte Fähigkeit im selben Maße wie der WT eine SR-Ca-Freisetzung zu stimulieren und die CaT zu erhöhen. In Cacna1c+/--Myozyten finden Kompensationsmechanismen statt, die unter basalen Bedingungen eine Aufrechterhaltung normaler CaT ermöglichen. Unter gestressten Bedingungen gelangen diese Mechanismen jedoch an ihre Grenzen und offenbaren eine beeinträchtigte Antwort der Cacna1c+/--Myozyten auf sympathischen Stress. Diese Studie liefert somit erste Evidenz, dass ein heterozygoter Knockout des Cacna1c+/--Gens neben der Entwicklung eines Verhaltens-Phänotyp, ebenfalls in einem Phänotyp auf kardialer Ebene resultiert. |
|---|---|
| Umfang: | 140 Seiten |
| DOI: | 10.17192/z2021.0505 |