TY  - THES
A1  - Pickel, Simone
T1  - Role of the β subunit of L-type calcium channels in cardiac hypertrophy
T1  - Die Rolle der β Untereinheit von L-Typ Kalziumkänalen in der kardialen Hypertrophie
N2  - L-type calcium channels (LTCCs) control crucial physiological processes in cardiomyocytes such as the duration and amplitude of action potentials, excitation-contraction coupling and gene expression, by regulating the entry of Ca2+ into the cells. Cardiac LTCCs consist of one pore-forming α1 subunit and the accessory subunits Cavβ, Cavα2δ and Cavγ. Of these auxiliary subunits, Cavβ is the most important regulator of the channel activity; however, it can also have LTCC-independent cellular regulatory functions. Therefore, changes in the expression of Cavβ can lead not only to a dysregulation of LTCC activity, but also to changes in other cellular functions. Cardiac hypertrophy is one of the most relevant risk factors for congestive heart failure and depends on the activation of calcium-dependent prohypertrophic signaling pathways. However, the role of LTCCs and especially Cavβ in this pathology is controversial and needs to be further elucidated.
Of the four Cavβ isoforms, Cavβ2 is the predominant one in cardiomyocytes. Moreover, there are five different splice variants of Cavβ2 (Cavβ2a-e), differing only in the N-terminal region. We reported that Cavβ2b is the predominant variant expressed in the heart. We also revealed that a pool of Cavβ2 is targeted to the nucleus in cardiomyocytes. The expression of the nuclear Cavβ2 decreases during in vitro and in vivo induction of cardiomyocyte hypertrophy and overexpression of a nucleus-targeted Cavβ2 completely abolishes the in vitro induced hypertrophy. Additionally, we demonstrated by shRNA-mediated protein knockdown that downregulation of Cavβ2 enhances the hypertrophy induced by the α1-adrenergic agonist phenylephrine (PE) without involvement of LTCC activity. These results suggest that Cavβ2 can regulate cardiac hypertrophy through LTCC-independent pathways. To further validate the role of the nuclear Cavβ2, we performed quantitative proteome analyses of Cavβ2-deficient neonatal rat cardiomyocytes (NRCs). The results show that downregulation of Cavβ2 influences the expression of various proteins, including a decrease of calpastatin, an inhibitor of the calcium-dependent cysteine protease calpain. Moreover, downregulation of Cavβ2 during cardiomyocyte hypertrophy drastically increases calpain activity as compared to controls after treatment with PE. Finally, the inhibition of calpain by calpeptin abolishes the increase in PE-induced hypertrophy in Cavβ2-deficient cells. These results suggest that nuclear Cavβ2 has Ca2+- and LTCC-independent functions during the development of hypertrophy. Overall, our results indicate a new role for Cavβ2 in antihypertrophic signaling in cardiac hypertrophy.
N2  - Durch die Regulation des Calciumeintritts in die Zellen kontrollieren L-Typ-Calciumkanäle (LTCCs) wichtige physiologische Prozesse wie die Dauer und Amplitude von Aktionspotentialen, die elektromechanische Kopplung und die Genexpression in Kardiomyozyten. Kardiale LTCCs bestehen aus einer porenformenden α1 Untereinheit und Hilfsuntereinheiten wie Cavβ, Cavα2δ und Cavγ. Von diesen Hilfsuntereinheiten ist Cavβ der wichtigste Regulator der Kanalfunktion, wobei Cavβ auch LTCC-unabhängige zelluläre und regulatorische Funktionen haben kann. Veränderungen in der Expression dieses Proteins können daher zu einer Fehlregulation der LTCC-Aktivität führen, jedoch auch zu Veränderungen von anderen zellulären Funktionen. Einer der häufigsten Risikofaktoren für kongestive Herzinsuffizienz ist die kardiale Hypertrophie, welche abhängig ist von der Aktivierung von Calcium-abhängigen prohypertrophen Signalwegen. Die Rolle von LTCCs und insbesondere von Cavβ in dieser Erkrankung ist jedoch kontrovers und muss noch weiter erforscht werden.
Von den vier Cavβ Splicevarianten ist Cavβ2 die dominierende Form in Kardiomyozyten. Darüber hinaus existieren fünf verschiedene Splicevarianten von Cavβ2 (Cavβ2a-e), die sich jeweils nur in der N-terminalen Region unterscheiden. Wir konnten demonstrieren, dass von diesen Splicevarianten überwiegend Cavβ2b im Herzen exprimiert wird. Außerdem konnten wir zeigen, dass ein Teil von Cavβ2 im Nukleus von Kardiomyozyten zu finden ist. Die Expression von nuklearem Cavβ2 verringert sich während der in vitro und in vivo induzierten kardialen Hypertrophie und außerdem verhindert die Überexpression von im Kern lokalisiertem Cavβ2 die in vitro induzierte Hypertrophie komplett. Zusätzlich konnten wir demonstrieren, dass die Reduktion von Cavβ2 mittels shRNA zu einer Steigerung der Hypertrophie induziert durch die Stimulation mit dem α1-adrenergen Agonisten Phenylephrin (PE) führt, ohne dass die LTCC-Aktivität beteiligt ist. Diese Ergebnisse legen nahe, dass Cavβ2 die Entstehung von Hypertrophie durch LTCC-unabhängige Signalwege beeinflussen kann. Um die Rolle von nuklearem Cavβ2 zu bekräftigen, haben wir quantitative Proteomanalysen von Cavβ2 defizienten neonatalen Rattenkardiomyozyten (NRCs) durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass die Reduktion von Cavβ2 die Expression verschiedener Proteine beeinflusst, zum Beispiel wird Calpastatin, ein Inhibitor der calciumabhängigen Cysteinproteasen Calpain, herunterreguliert. Außerdem wird durch die Cavβ2 Reduktion während der Hypertrophie von Kardiomyozyten die Calpainaktivität verglichen mit den Kontrollen signifikant erhöht. Letztendlich konnten wir zeigen, dass die Inhibierung von Calpain durch Calpeptin die gesteigerte PE-induzierte Hypertrophie in Cavβ2-defizienten Zellen verhindert. Diese Ergebnisse lassen eine Calcium- und LTCC-unabhängige Funktion von nuklearem Cavβ2 während der Entwicklung von Hypertrophie, annehmen. Insgesamt deuten unsere Ergebnisse auf eine neue Rolle von Cavβ2 in den antihypertrophen Signalwegen in der kardialen Hypertrophie hin.
KW  - Herzhypertrophie
KW  - Calciumkanal
KW  - Herzmuskelzelle
KW  - L-type calcium channels
KW  - Cavβ subunit
KW  - Calpain
KW  - LTCC-independent function of Cavβ
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-192829
ER  - 
TY  - THES
A1  - Fetting, Doreen [verh: Korb]
T1  - Novel Cav1.2 and PMCA4b interacting PDZ domain containing proteins
T1  - Neue PDZ-Domain Protein-Interaktionspartner von Cav1.2 und PMCA4b
N2  - The voltage –gated calcium channel, Cav1.2, and the plasma membrane calcium ATPase, PMCA4b, play important roles in excitable and non-excitable cells. The central function of Cav1.2 is to regulate the calcium entry into cells upon depolarization, while PMCA4b is responsible for calcium extrusion and has an influence on cellular calcium homeostasis. Both proteins control fundamental functions in the heart and brain, but the specific functions and the precise mechanisms are still investigated. In order to identify new interaction partners that may regulate the activities of the Cav1.2 and the PMCA4b, we used three independent assays and co-localization studies. The assays, which were used are PDZ domain arrays (testing 124 different PDZ domains), GST pull-downs, and conventional immunoprecipitation assays. In the PDZ arrays, strongest interactions with Cav1.2 and PMCA4b were found for the PDZ domains of MAST-205, MAGI-1, MAGI-2, MAGI-3, and ZO-1. Additionally, we established interactions between Cav1.2 and the PDZ domains of NHERF1/2, Mint-2, and CASK. PMCA4b was observed to interact with Mint-2, and its interactions with Chapsyn-110 and CASK were confirmed. Furthermore, we validated interaction of Cav1.2 and PMCA4b with NHERF1, CASK, MAST-205 and MAGI-3 via immunoprecipitation. We also demonstrated direct interaction of the C-terminus of Cav1.2 and the PDZ domain of nNOS. We assumed that nNOS overexpression would reduce Ca2+ influx through Cav1.2. To address this question, we measured Ca2+ currents in stably transfected HEK 293 cells expressing the Cav1.2 (α1b and β2a subunit of the smooth muscle L-type calcium channel) and nNOS. It has been shown that NO modulates ion channel activity by nitrosylation of sulfhydryl groups on the channel protein. So we propose that the interaction between the C-terminus of Cav1.2 and the PDZ domain of nNOS inhibits the currents by an S-nitrosylation of the channel protein. All these interactions connect both proteins to signaling networks involved in signal transmission, cell adhesion, and apoptosis, which may help provide new hints about the physiological functions of Cav1.2 and PMCA4b in intra- and intercellular signaling.
N2  - Der spannungsabhängige Calcium-Kanal, Cav1.2, und die Plasmamembran Calcium ATPase, PMCA4b, spielen eine wichtige Rolle in erregbaren und nicht-erregbaren Zellen. Der Cav1.2 Kanal reguliert den Calciumeintritt in die Zelle nach einer Depolarisation, während die PMCA4b für den Calciumausstrom und für die Calcium-Homöostase verantwortlich ist. Beide Proteine haben einen grossen Einfluss auf die Funktionen von Herz und Gehirn, aber die genauen Aufgaben und spezifischen Mechanismen, sind noch nicht geklärt. In dieser Arbeit benutzten wir drei unabhängige Assays und Kolokalisationen, um Interaktionspartner von Cav1.2 und PMCA4b zu identifizieren, welche möglicherweise die Aktivitäten von Cav1.2 und PMCA4b regulieren. Die Assays, die wir benutzten waren PDZ Domain Arrays (getestet wurden 124 unterschiedliche PDZ Domänen), GST Pull Downs und konventionelle Immunopräzipitationen. Die Ergebnisse des PDZ Arrays zeigten, dass die PDZ Liganden Cav1.2 und PMCA4b stark mit den PDZ Domänen von MAST-205, MAGI-1, MAGI-2, MAGI-3 und ZO-1 interagierten. Zusätzlich, konnten wir Interaktionen zwischen Cav1.2 und den PDZ Domänen von NHERF1/2, Mint-2 und CASK nachweisen. Es wurde beobachtet, dass PMCA4b mit dem PDZ Protein Mint-2 ein starkes Signal auf der Membran zeigte. Andere Interaktionen von PMCA4b und PDZ Proteinen, konnten durch unseren PDZ Domain Array bestätigt werden (z.B. Chapsyn-110 und CASK). Weiterhin untersuchten wir die Interaktionspartner (NHERF1, CASK, MAST-205 und MAGI-3) von Cav1.2 und PMCA4b durch Immunopräzipitationen genauer. Ein sehr interessantes PDZ Protein, welches wir durch alle drei unabhängigen Assays bestätigen konnten, war nNOS. Schuh et al. konnte schon 2001 zeigen, dass die PDZ Domäne von nNOS mit der PMCA4b interagiert. In der vorliegenden Arbeit konnten wir eine direkte Interaktion des C-terminus von Cav1.2 und dem PDZ Protein nNOS nachweisen. Wir fomulierten eine Hypothese, die lautete, dass eine nNOS Überexpression den Calcium-Einstrom durch den Cav1.2 Kanal reduziert. Um diese Hypothese zu bestätigen wurden Calcium-Ströme in stabil transfizierten HEK 293 Zellen gemessen. Diese HEK 293 Zellen waren stabil transfiziert mit der α1b und β2a Untereinheit des L-type Calcium Kanals und mit nNOS. Es konnte in anderen Studien gezeigt werden, dass NO die Ionenkanal-Aktivität durch Nitrosylierung von Sulfhydryl-Gruppen an den Kanal-Proteinen moduliert. Wir denken, dass die Interaktion zwischen dem C-terminus von Cav1.2 und dem PDZ Protein nNOS, die Calcium-Ströme durch eine S-Nitrosylierung von Cav1.2 inhibiert. Durch all diese Interaktionen wird klar, dass Cav1.2 und PMCA4b eine wichtige Rolle spielen im signalen Netzwerk, in der zellulären Erregung, in Zelladhäsion und Apoptose. Und das wiederum gibt Aufschluss über die physiologischen Funktionen von Cav1.2 und PMCA4b in intra- und interzellulären Signalen.
KW  - Calciumkanal
KW  - Calcium-ATPasen
KW  - Interaktion
KW  - Proteine
KW  - Protein-Interaktionspartner
KW  - CaV1.2 und PMCA4b
KW  - PDZ-Domain
KW  - interacting PDZ domain
KW  - Cav1.2 and PMCA4b
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-66440
ER  -