TY  - THES
A1  - Becher, Jan
T1  - Untersuchung des Calcineurin Signalweges bei der Myokardhypertrophie
T1  - The calcineurin signal-pathway in cardiac hypertrophy
N2  - Die Myokardhypertrophie ist eine Anpassungsreaktion des Herzens auf verschiedene pathologische Stimuli wie der arteriellen Hypertonie, Herzklappen-Vitien, Myokardinfarkt, endokrine Stoffwechselstörungen sowie Mutationen von Genen kontraktiler Proteine. Die Antwort der Herzmuskelzelle auf einen hypertrophen Reiz ist gekennzeichnet durch ein verstärktes Zellwachstum ohne Zellteilung und auf molekularer Ebene durch die Induktion fetaler kardialer Gene kontraktiler Proteine. Auch wenn über den klinischen Aspekt der Myokardhypertrophie bereits ein umfangreiches Wissen vorliegt, wurden Details über die bei der Hypertrophie ablaufenden intrazellulären Signalwege erst in den letzten Jahren entdeckt. Der Calcineurin/NFAT Signalweg ist bei der Entstehung der Herzhypertrophie von großer Bedeutung. Die Aktivierung der Ca²+-Calmodulin-abhängigen Phosphatase Calcineurin führt zur einer Dephosphorylierung des Transkriptionsfaktors NFAT. Dies erlaubt die nukleäre Translokation, was zur einer Induktion von Genen führt, welche an der Entstehung der Myokardhypertrophie beteiligt sind. Nach dem heutigen Verständnis benötigt die Aktivierung des Calcineurin/NFAT-Signalweges die Bindung von Calmodulin sowie dauerhaft erhöhte Ca²+-Spiegel. Die Folge der Calcineurinaktivierung ist eine strukturelle Veränderung mit einem Shift der C-terminalen Autoinhibitorischen Domäne, so dass das aktive Phosphatase-Zentrum freigegeben wird. In dieser Arbeit untersuchen wir einen Mechanismus der gezielten proteolytischen Abspaltung der Autoinhibitorischen Domäne, welcher ebenfalls zu einer Enzymaktivierung führt. Die Stimulation von Ratten-Kardiomyozyten mit Angiotensin II führte zu einer Erhöhung der Calpain-Aktivität, was eine proteolytische Abspaltung der autoinhibitorischen Domäne von Calcineurin bedingte. Durch die Blockierung von Calpain konnte die Proteolyse verhindert werden. Die Calcineurin-Aktivität war nach Angiotensin II-Stimulation erhöht (310±29%) und bleib auch nach Wegnahme des Stimulus auf erhöhtem Niveau (214±17%). Wurde dem Medium während der Stimulation Calpain-Inhibitor hinzu gegeben, kam es nach Wegnahme des Angiotensin II-Stimulus zu einem deutlichen Absinken (110±19%) der Calcineurin-Aktivität. An Hand von immunhistochemischen Färbungen und von Transfektionsversuchen mit einem GFP-fusionierten Calcineurin konnte gezeigt werden, dass die Angiotensin II-Stimulation eine nukleäre Translokation von Calcineurin bewirkt. Die Calpain-Blockierung und somit die Unterdrückung des Calpain vermittelten Verdaus von Calcineurin erlaubt es diesem, den Zellkern wieder zu verlassen. Zusammenfassend zeigen die Ergebnisse dieser Arbeit, dass die Angiotensin II-Stimulation der Kardiomyozyten zu einer Erhöhung der Calpain-Aktivität führt. Diese wiederum bedingt eine proteolytische Abspaltung der Autoinhibitorischen Domäne von Calcineurin. Die Folge ist eine erhöhte Calcineurin-Aktivität, was eine nukleäre Translokation von Calcineurin auslöst. Nach dem Verlust der Autoinhibitorischen Domäne ist Calcineurin dauerhaft aktiv und nukleär lokalisiert, sogar nach Wegnahme des Hypertrophie-auslösenden Stimulus.
N2  - Cardiac hypertrophy is an adaptive response of the heart to various pathological conditions, including hypertension, valvular disease, myocardial infarction, endocrine disorders, and mutations of genes for cardiac contractile proteins. The cardiomyocyte response to hypertrophic stimuli is characterized by an increase in cell size without cell division as well as by induction of fetal cardiac genes of contractile proteins. Even though extensive knowledge is available on the clinical aspect of LVH, details of the involved signal transduction pathways are being explored only in the recent years. The calcineurin/NFATc signal cascade is of major importance in the development of cardiac hypertrophy. Activation of the Ca²+-calmodulin-dependent phosphatase CnA leads to dephosphorylation of the nuclear transcription factor NFATc, enabling its nuclear translocation resulting in induction of genes typical of cardiac hypertrophy. According to the current understanding, the activation of the CnA/NFATc pathway required sustained high Ca²+ and the binding of calmodulin. The result is a structural change an subsequent displacement of the C-terminal autoinhibitory domain from the catalytic subunit. In this study we investigated a mechanism of targeted proteolyses of the CnA autoinhibitory domain leading to the activation of CnA. Stimulation of rat cardiomyocytes with angiotensin II increased calpain activity significantly and caused proteolyses of the autoinhibitory domain of CnA. Inhibition of calpain prevented proteolysis. CnA activity was increased after Ang II stimulation (310±29%) and remained high after removal of Ang II (214±17%). Addition of calpain inhibitor to the medium decreased CnA activity (110±19%) after removal of Ang II. Ang II stimulation of cardiomyocytes furthermore leads to a translocation of CnA into the nucleus as demonstrated by immunohistochemical staining and transfection assays with GFP-tagged CnA. Calpain inhibition and therefore suppression of calpain-mediated cleavage of CnA enabled CnA exit from the nucleus. The data presented in this study demonstrated that Ang II stimulation of cardiomyocytes increased calpain activity, leading to proteolysis of the autoinhibitory domain of CnA. This causes an increase in CnA activity and results in nuclear translocation of CnA. Loss of the autoinhibitory domain renders CnA constitutively nuclear and active, even after removal of the hypertrophic stimulus.
KW  - Myokard
KW  - Hypertrophie
KW  - Calcineurin
KW  - Calpain
KW  - Molekulare Kardiologie
KW  - myocardium
KW  - hypertrophy
KW  - calcineurin
KW  - calpain
KW  - molecular cardiology
Y1  - 2006
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-21889
ER  - 
TY  - THES
A1  - Weckler, Barbara
T1  - Die kardiale Wirkung einer chronisch-anabolen Gabe des Hormons Testosteron auf das Remodeling nach Myokardinfarkt bei weiblichen Ratten : Hinweise auf geschlechtsspezifische Effekte
T1  - Influence of testosterone on left ventricular remodeling following experimental myocardial infarction in female rats- evidence of gender specific effects
N2  - In den letzten Jahren rückten Androgene verstärkt ins Zentrum der Diskussion, weil sie mit negativen Wirkungen auf das kardiovaskuläre System assoziiert wurden. Ein methodisches Problem vieler Studien bestand jedoch darin, dass individuelle Eigenschaften (genetische Prädisposition, Alter, Ernährungs- bzw. Trainingszustand) und Umweltfaktoren (Art des Androgenderivats, eiweißreiche Kost, gleichzeitige Einnahme anderer Hormonpräparate) unberücksichtigt blieben. Zudem wurde oftmals keine Trennung nach dem Geschlecht vorgenommen. Zur Erforschung der kardiovaskulären Bedeutung von Testosteron wurden daher Untersuchungen an männlichen Ratten durchgeführt, die neutrale bis positive Effekte des Hormons Testosteron auf das kardiale Remodeling nach Myokardinfarkt ergaben. Dagegen ist über den Einfluss von Testosteron auf das postinfarzielle Remodeling beim weiblichen Geschlecht bis heute nicht viel bekannt. Deshalb war es das Ziel dieser Arbeit, die Effekte von Testosteron auf das kardiale Remodeling nach Myokardinfarkt bei weiblichen Ratten zu untersuchen. Dazu wurden weibliche Wistar-Ratten nach Ovarektomie physiologisch mit Östradiol substituiert, selektiv mit supraphysiologischen Dosierungen von Testosteronundecanoat behandelt oder mit einer Kombination aus Östradiol und Testosteronundecanoat therapiert. In Woche 2 nach Beginn der Hormonbehandlung wurde eine Scheininfarzierung bzw. Infarzierung durchgeführt, in Woche 10 erfolgte eine Echokardiographie und in Woche 11 fanden hämodynamische Untersuchungen sowie die Perfusion der Herzen nach Langendorff statt. Im Anschluss wurden molekularbiologische Bestimmungen des α/β-MHC-Quotienten, von IGF-I und des Kollagengehalts am Herzen vorgenommen. Der Hauptbefund dieser Studie war, dass die chronisch-anabole Gabe des Hormons Testosteron bei weiblichen Ratten ein geschlechtsspezifisches Remodeling mit führender linksventrikulärer Dilatation nach Myokardinfarkt induzierte. Diese zusätzliche postinfarzielle Dilatation des linken Ventrikels unter der Behandlung mit Testosteron wurde in der Echokardiographie und der Rechtsverschiebung der linksventrikulären Druck-Volumen-Kurven bei der Langendorff-Perfusion sichtbar, die mit einer signifikant erhöhten Vorlast bis zum Erreichen der maximalen Druckamplitude des linken Ventrikels verbunden war. Unabhängig davon zeigte sich die zusätzliche testosteroninduzierte Dilatation nach Myokardinfarkt in der Planimetrie durch eine signifikante Zunahme der Innenquerschnittsfläche des linken Ventrikels. Studien in der Vergangenheit haben bereits einen Zusammenhang zwischen einer postinfarziellen Dilatation des linken Ventrikels und einer Verschlechterung der Langzeitprognose nach Myokardinfarkt belegt, weshalb die zusätzliche testosteroninduzierte Dilatation des linken Ventrikels nach Myokardinfarkt als Indiz für einen negativen Testosteroneffekt auf den Prozess des postinfarziellen Remodelings bei weiblichen Ratten gewertet werden könnte. Zudem wurden unter der Behandlung mit Testosteron versus Östradiol bei weiblichen Ratten eine signifikant stärkere Zunahme des absoluten Körper- und Herzgewichts nach Myokardinfarkt sowie eine Hypertrophie des linken Ventrikels nachgewiesen. Einen weiteren Hinweis auf einen nachteiligen Effekt von Testosteron auf das postinfarzielle Remodeling bei weiblichen Ratten gab die signifikant reduzierte Verkürzungsfraktion nach Gabe von Testosteron versus Östradiol in der Echokardiographie, wodurch eine testosteroninduzierte Verschlechterung der kardialen Funktion nach Myokardinfarkt angezeigt wurde. Zudem konnte bereits an den scheininfarzierten Versuchsreihen auf Proteinebene eine tendenzielle Abnahme des α/β-MHC-Quotienten unter der Therapie mit Testosteron im Vergleich zu Östradiol nachgewiesen werden, wodurch ein weiterer Beleg für eine Einschränkung der kardialen Leistungsfähigkeit unter supraphysiologischem Testosteroneinfluss geliefert wurde. Mittels Northern-Blot wurde bei den weiblichen scheininfarzierten Versuchsreihen unter der Behandlung mit Testosteron ein Anstieg von IGF-1 registriert, während der Kollagengehalt des linken Ventrikels durch den Hormonstatus nicht beeinflusst wurde. Zusammenfassend scheint Testosteron am Herzen von weiblichen Ratten geschlechtsspezifische Wirkungen zu entfalten, die das kardiale Remodeling nach Myokardinfarkt möglicherweise auch langfristig negativ beeinflussen.
N2  - Objective: Aim of the study was the assessment of the influence of androgen levels on left ventricular remodeling following experimental myocardial infarction (MI) in female rats. Background: Clinical data implies increased cardiovascular mortality in females, but not in males with increased serum testosterone. Moreover, there is evidence of an increased risk of a myocardial infarction in women with supraphysiological androgen levels. Therefore, we examined effects of chronic anabolic testosterone administration on left ventricular remodeling after myocardial infarction in female rats. Methods: Adult female rats were ovariectomized and treated either with estradiol (E2), with testosterone (T) or with a combination of testosterone and estradiol (T/E2). After two weeks, animals underwent sham-operation (S) or left coronary artery ligation (MI). Left ventricular remodeling and function were assessed by echocardiography at week 10 and by hemodynamic investigation at week 11. Thereafter, hearts were isolated and perfused isovolumically. Results: The administration of testosterone significantly increased serum T levels in all T and T/E2 groups versus the E2 groups (T/S and T/E2/S vs. E2/S: 11,4 ± 2,0 and 10,6 ± 1,8 vs. 0,5 ± 0,3 ng/ml with p < 0,05; T/MI and T/E2/MI vs. E2/MI: 11,7 ± 1,8 and 16,0 ± 2,1 vs. 0,5 ± 0,2 ng/ml with p < 0,05). Mean infarct size and mortality were similar among the three MI groups. T increased body weight in S + MI groups (T/S vs. E2/S: 277 ± 5 vs. 215 ± 5 g at week 4 with p < 0,001; T/MI vs. E2/MI: 272 ± 5 vs. 201 ± 4 g at week 4 with p < 0,001) and enhanced heart weight post-MI (T/MI vs. E2/MI: 2,1 ± 0,1 vs. 1,5 ± 0,1 g with p < 0,05). These T-induced changes were attenuated by additional E2-replacement. Left ventricular hypertrophy after myocardial infarction tended to be higher under T treatment (T/E2/MI vs. E2/MI: 5,19 ± 0,1 vs. 4,55 ± 0,2 g with p < 0,05 im unpaired student t-test). T led to progressive left ventricular chamber dilation post-MI by inducing an increase in the left ventricular diameters (EDD in T/MI and T/E2/MI vs. E2/MI: 9,9 ± 0,3 and 9,8 ± 0,3 vs. 8,6 ± 0,6 mm with p < 0,05). Left ventricular fractional shortening was severely impaired post-MI. Within the MI groups, T and T/E2 significantly reduced fractional shortening versus E2 indicating a decrease of systolic function under T treatment (T/MI and T/E2/MI vs. E2/MI: 21,8 ± 2,2 and 19,3 ± 1,8 vs. 33,4 ± 4,2 % with p < 0,05). In the sham groups, T significantly increased IGF-1-expression versus E2 and T/E2 (T/S vs. E2/S and T/E2/S: 3,6 ± 0,7 vs. 1,3 ± 0,4 and 1,7 ± 0,4 with p < 0,05), whereas there was no significant influence of the hormonal status on the collagen content in the septum. Conclusion: Chronic anabolic T treatment in female rats adversely affects left ventricular remodeling post-MI inducing increased left ventricular dilation, impaired systolic function and a higher degree of left ventricular hypertrophy. Thus, cardiac effects of T might be highly gender specific.
KW  - Herzinfarkt
KW  - Remodeling
KW  - Hypertrophie
KW  - Testosteron
KW  - Dilatation
KW  - Myocardial infarction
KW  - remodeling
KW  - hypertrophy
KW  - testosterone
KW  - dilation
Y1  - 2006
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-17083
ER  -