@phdthesis{Maimari2020,
  author    = {Maimari, Theopisti},
  title     = {The influence of N-terminal peptides of G-protein coupled receptor kinase (GRK) 2, 3 and 5 on β-adrenergic signaling},
  doi       = {10.25972/OPUS-19932},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-199322},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2020},
  abstract  = {G protein coupled receptor kinases (GRK) phosphorylate and thereby desensitize G protein coupled receptors (GPCR) including β-adrenergic receptors (βAR), which are critical regulators of cardiac function. We identified the Raf kinase inhibitor protein (RKIP) as an endogenous inhibitor of GRK2 that leads to increased cardiac contractility via βAR activation. RKIP binds to the N-terminus (aa1-185) of GRK2, which is important for the GRK2/receptor interaction. Thereby it interferes with the GRK2/receptor interaction without interference with cytosolic GRK2 target activation. In this project, the RKIP/GRK interface was investigated to develop strategies that simulate the effects of RKIP on βAR. RKIP binding to different isoforms of GRK expressed in the heart was analyzed by protein interaction assays using full-length and N-termini of GRK2, GRK3 and GRK5: 1-53, 54-185 and 1-185. Co-immunoprecipitation (Co-IPs) and pull-down assays revealed that RKIP binds to the peptides of GRK2 and GRK3 but not to the ones of GRK5, which suggests the existence of several binding sites of RKIP within the N-termini of GRK2 and GRK3. To analyze whether the peptides of GRK2 and GRK3 are able to simulate the RKIP mediated interference of the GRK2/receptor interaction, we analyzed the β2-AR phosphorylation in the absence and presence of the peptides. Interestingly, N-termini (aa1-185) of GRK2 and GRK3 reduced β2AR phosphorylation to a comparable extent as RKIP. In line with reduced receptor phosphorylation, the peptides also reduced isoproterenol-stimulated receptor internalization as shown by [3H] CGP-12177 radioligand binding assay and fluorescence microscopy compared to control cells. Subsequently, these peptides increased downstream signaling of β2AR, i.e. the phosphorylation of the PKA substrate phosducin. In an attempt to elucidate the mechanism behind the observed effects, Co-IPs were performed in order to investigate whether the peptides bind directly to the β2-AR and block its phosphorylation by GRK2. Indeed, GRK2 1-185 and GRK3 1-185 could bind the receptor, suggesting that this way GRK2 is prevented from inhibiting the receptor. To investigate the physiological effect of GRK2 1-185, GRK3 1-185 and GRK5 1-185, their effect on neonatal mouse cardiomyocyte contractility and hypertrophy was analyzed. After long-term isoproterenol stimulation, in the presence of GRK2 1 185 and GRK3 1-185 the cross-sectional area of the cardiomyocytes showed no significant increase in comparison to the unstimulated control cells. In addition, upon isoproterenol stimulation, GRK2 1-185 and GRK3 1-185 increased the beat rate in cardiomyocytes, mimicking RKIP while the base impedance, an indicator of viability, remained stable. The N-termini (1-185) of GRK2 and GRK3 simulated RKIP's function and had a significant influence on β2AR phosphorylation, on its downstream signaling and internalization, could bind β2-AR, increased beat rate and did not significantly induce hypertrophy, suggesting that they may serve as a model for the generation of new and more specific targeting strategies for GRK mediated receptor regulation.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Merkle2007,
  author    = {Merkle, Sabine},
  title     = {Kardiale Caspase-1 ist ein proapoptotischer Induktor f{\"u}r Herzinsuffizienz},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-25938},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2007},
  abstract  = {Herzmuskelschw{\"a}che (Herzinsuffizienz) ist in industralisierten L{\"a}ndern neben malignen Erkrankungen noch immer die zweith{\"a}ufigste Todesursache. Das Zusammenspiel der zu einer Herzmuskelschw{\"a}che f{\"u}hrenden, molekularen Signalwege und die zugrunde liegenden Mechanismen sind trotz intensiver Forschung bisher noch weitgehend unverstanden. Ein detailierteres Verst{\"a}ndnis der Entstehung einer Herzinsuffizienz k{\"o}nnte somit entscheidend zur Entwicklung innovativer Therapiestrategien beitragen. Mit Hilfe eines cDNA Expressions Arrays wurde die differentielle Genexpression in einem murinen Herzinsuffizienzmodell untersucht. Die Cysteinprotease Caspase-1 ist eines der in diesem Array identifizierten Kandidatengene. Die verst{\"a}rkte Expression der Caspase-1 konnte zun{\"a}chst sowohl f{\"u}r die murine als auch die humane Herzinsuffizienz verifiziert werden. Caspasen werden klassischerweise, ihrer Funktion entsprechend, in proinflammatorische und proapoptotische Caspasen unterteilt. In der Literatur ist Caspase-1 als ein {\"u}ber die Generierung von aktivem IL-1? und IL-18 wirkender, proinflammatorischer Mediator beschrieben. IL-? und IL-18 sind proinflammatorische Zytokine und als solche zentrale Mediatoren bei entz{\"u}ndlichen Prozessen. W{\"a}hrend die Funktion der proapoptotischen Caspasen bei Herzmuskelschw{\"a}che weitgehend bekannt ist, ist unklar, welche Bedeutung der verst{\"a}rkten kardialen Expression der Caspase-1 bei der Entstehung und Progression der Herzmuskelschw{\"a}che zukommt. Zur funktionellen Analyse der verst{\"a}rkten Expression der Caspase-1 in vivo wurde die Caspase-1 in einem transgenen Mausmodell kardial {\"u}berexprimiert. Herzen mit verst{\"a}rkter Expression der Caspase-1 entwickelten ab dem vierten Lebensmonat morphologische und funktionelle Ver{\"a}nderungen, die charakteristisch f{\"u}r eine angehende Herzinsuffizienz sind. Dennoch war, trotz progressiver Kardiomyozytenhypertrophie und Myokardfibrose, zu keinem Zeitpunkt des untersuchten Zeitraumes (ein bis vierzehn Monate alt) eine Zunahme des Ventrikelgewichtes evident. Die funktionelle Analyse der Herzfunktion von neun Monate alten Caspase-1-transgenen M{\"a}usen zeigte eine signifikante Einschr{\"a}nkung der Linksherzkontraktilit{\"a}t. Diese Herzinsuffizienz war schließlich auch makroskopisch an einer starken Linksherzdilatation als auch an einer Reduktion der linksventrikul{\"a}ren Wandst{\"a}rke erkennbar. Ist die Induktion einer Herzinsuffizienz durch Caspase-1 als proinflammatorischer Mediator im Herzen zu erkl{\"a}ren? In einer Reihe von Versuchen konnten keine Hinweise auf eine Induktion inflammatorischer Prozesse durch kardiale Caspase-1 festgestellt werden. Weder eine verst{\"a}rkte Bildung der proinflammatorischen Zytokine IL-1? und IL-18, noch eine vermehrte Infiltration von Entz{\"u}ndungszellen oder eine verst{\"a}rkte Proteinexpression weiterer Zytokine waren detektierbar. Ferner waren der oxidative Stresstatus und der nekrotische Gewebeuntergang im linksventrikul{\"a}ren Myokard Caspase-1-transgener M{\"a}use unver{\"a}ndert. Doch besonders im Herzmuskelgewebe junger Caspase-1-transgener M{\"a}use zeigte sich eine deutliche, mit fortschreitendem Alter bestehende Zunahme des apoptotischen Zelltods von Herzmuskelzellen. Diese direkte, proapoptotische Wirkung der kardialen Caspase-1 konnte ebenfalls in isolierten Kardiomyozyten von Caspase-1-transgenen M{\"a}usen ex vivo und in vitro, nach adenoviraler Infektion von neonatalen Rattenkardiomyozyten (NRCM) mit Caspase-1, demonstriert werden. Durch Infektion von NRCM mit dem Caspase-1-exprimierenden Adenovirus (Adv-Casp-1) konnte eine selektive Aktivierung des intrinsischen apoptotischen Signaltransduktionsweges durch Caspase-1 nachgewiesen werden. Ist die endogen exprimierte Caspase-1 ein westenlicher Regulator kardialer Apoptose? In dem Kardiomyozytenapoptose-induzierenden Sch{\"a}digungsmodell der Isch{\"a}mie/Reperfusion waren die Caspase-1-defizienten M{\"a}use durch eine Reduktion der Kardiomyozytenapoptose um nahezu 75\% gegen{\"u}ber der Kontrollgruppe deutlich beg{\"u}nstigt. Des Weiteren zeigte die Ausschaltung der endogenen Caspase-1 in dem Herzinsuffizienzmodell des operativen Herzinfarkts eine deutliche Verminderung der reaktiven Kardiomyozytenhypertrophie und eine geringere Einschr{\"a}nkung der Herzkontraktilit{\"a}t. Diese Verbesserung des kardialen Ph{\"a}notyps spiegelte sich ferner in einer reduzierten Sterblichkeit gegen{\"u}ber der Kontrollgruppe wieder. Eine Inhibition der Caspase-1 stellt somit ein interessantes therapeutisches Target zur Pr{\"a}vention der Entwicklung einer Herzinsuffizienz dar.},
  subject      = {Herzinsuffizienz},
  language  = {de}
}