TY - THES A1 - Nordbeck, Peter Johann T1 - Untersuchungen an Kreatinkinase-Knockout-Mäusen mittels MR-Tomographie : Kardialer Phänotyp und Remodeling nach Myokardinfarkt bei Kreatinkinase-Mangel T1 - Investigations in creatine kinase knockout mice using MRI: Cardiac phenotype and remodeling after myocardial infarction following creatine kinase-deficiency N2 - Transgene Tiermodelle ermöglichen seit einigen Jahren eine gezielte Untersuchung des Einflusses einzelner Gene, und damit auch ihrer entsprechenden Produkte und deren Substrate, auf die Integrität des Organismus. In der vorliegenden Arbeit wurde die Bedeutung der verschiedenen Isoenzyme der Kreatinkinase im Herzen untersucht, indem die kardiale Morphologie und Funktion dreier verschiedener Stämme von Kreatinkinase-Knockout-Mäusen mit der von Wildtyp-Mäusen verglichen wurde. Der Kreatinkinase wird eine wichtige Rolle im intrazellulären System zur Aufrechterhaltung der Energiehomöostase zugeschrieben, beim Menschen gehen verschiedene kardiale Erkrankungen mit Veränderungen des Kreatinkinase-Systems einher. Neben der Bestimmung verschiedener kardialer Parameter von Mäusen mit Knockout der kardialen Isoenzyme der Kreatinkinase wurde geprüft, inwieweit sich ein durch permanente Koronarligatur induzierter chronischer Myokardinfarkt auf die Morphologie und Funktion des Herzens bei Kreatinkinase-Knockout auswirkt. Als Methode kam hierzu die Cine-Fast Low Angle Shot (FLASH)-Magnetresonanzbildgebung zur Anwendung, die eine nicht invasive, präzise Erfassung verschiedener kardialer Parameter in vivo ermöglicht. Myokardmasse, links- und rechtsventrikuläre Volumina, Ejektionsfraktion, Herzzeitvolumina, Wanddicken sowie die Infarktgröße bei den infarzierten Kreatinkinase-Knockout-Mäusen konnten erstmalig in vivo bestimmt und mit Wildtyp-Mäusen verglichen werden. Es konnte gezeigt werden, dass im Alter von durchschnittlich 41 Wochen ein Knockout des mitochondrialen Isoenzyms der Kreatinkinase eine deutliche linksventrikuläre Hypertrophie sowie leichtgradige biventrikuläre Dilatation verursacht. Bei Knockout der M-Untereinheit der zytosolischen Isoenzyme und dadurch bedingtem Fehlen von CK-MM und CK-MB resultiert lediglich eine geringgradige konzentrische linksventrikuläre Hypertrophie. Der rechte Ventrikel zeigte bei allen Knockout-Mäusen lediglich geringe Veränderungen im Vergleich mit den Wildtypen. Die Herzfunktion war bei allen Tieren unter Normalbedingungen voll erhalten, Zeichen einer Herzinsuffizienz fanden sich nicht. Vier Wochen nach Infarzierung zeigten sich bei Knockout- und Wildtyp-Mäusen keine signifikanten Unterschiede in Herzmorphologie und Funktion. Die Mortalität nach Infarkt war in beiden Gruppen identisch. Die aus einem Fehlen der mitochondrialen Kreatinkinase resultierenden Defizite des Herzens können somit durch Ausbildung einer Hypertrophie kompensiert werden. Im Vergleich mit der mitochondrialen Form kommt den zytosolischen Isoenzymen der Kreatinkinase eine geringere Bedeutung bei der Aufrechterhaltung des Metabolismus und damit auch der Funktion des Herzens zu. Ein kombinierter Knockout sowohl der M-Untereinheit der zytosolischen CK als auch der mitochondrialen CK führt bezüglich der Morphologie und Funktion des Herzens zu keiner stärkeren Pathologie als bei selektiv mitochondrialem Knockout. N2 - For several years, transgenic animal models have offered the possibility to determine the influence of specific genes, as well as their products and substrates, on the integrity of an organism. This study investigates the role of different creatine kinase-isoenzymes in the heart by comparing cardiac morphology and function of three different creatine kinase knockout mice with wild types. Creatine kinase is thought to play an important role in intracellular energy homeostasis and there are several human cardiac diseases which are coupled with changes in the creatine kinase system. In addition to assessing cardiac characteristics in creatine kinase-deficient mice, this work also focuses on the effects of chronic myocardial infarction in these animals. This was done by using cine-FLASH magnetic resonance imaging, which allows a non-invasive, precise in vivo-analysis of cardiac characteristics. This work marks the first time myocardial mass, volumes, ejection fraction, cardiac output and wall thickness, as well as infarction extent, were measured in vivo in creatine kinase-deficient mice and compared to wild types. The findings show that a knockout of mitochondrial creatine kinase is followed by distinct left ventricular hypertrophy and moderate biventricular dilatation in mice 41 weeks old. In contrast to these findings, a knockout of the main cytosolic creatine kinase isoenzymes only triggered slight left ventricular hypertrophy, but no dilatation was found. Changes in right ventricular parameters were minor, and there was no sign of diminished cardiac function at rest. Furthermore, no significant differences between creatine kinase knockout and wild type mice hearts were found four weeks after myocardial infarction. Mortality following infarction also did not differ. In conclusion, cardiac shortcomings that accompany a knockout of mitochondrial creatine kinase can be compensated by developing cardiac hypertrophy. Compared to mitochondrial creatine kinase, cytosolic isoenzymes play an inferior role in the upkeep of cardiac metabolism and function. Combined knockout of both mitochondrial and cytosolic creatine kinase does not cause increased pathological effects compared to selective mitochondrial creatine kinase knockout. KW - Kreatinkinase KW - Knockout-Mäuse KW - Myokardinfarkt KW - Remodeling KW - Kleintier-MRT KW - creatine kinase KW - knockout mice KW - myocardial infarction KW - remodeling KW - small animal MRI Y1 - 2005 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-18075 ER - TY - JOUR A1 - Tolstik, Elen A1 - Ali, Nairveen A1 - Guo, Shuxia A1 - Ebersbach, Paul A1 - Möllmann, Dorothe A1 - Arias-Loza, Paula A1 - Dierks, Johann A1 - Schuler, Irina A1 - Freier, Erik A1 - Debus, Jörg A1 - Baba, Hideo A. A1 - Nordbeck, Peter A1 - Bocklitz, Thomas A1 - Lorenz, Kristina T1 - CARS imaging advances early diagnosis of cardiac manifestation of Fabry disease JF - International Journal of Molecular Sciences N2 - Vibrational spectroscopy can detect characteristic biomolecular signatures and thus has the potential to support diagnostics. Fabry disease (FD) is a lipid disorder disease that leads to accumulations of globotriaosylceramide in different organs, including the heart, which is particularly critical for the patient’s prognosis. Effective treatment options are available if initiated at early disease stages, but many patients are late- or under-diagnosed. Since Coherent anti-Stokes Raman (CARS) imaging has a high sensitivity for lipid/protein shifts, we applied CARS as a diagnostic tool to assess cardiac FD manifestation in an FD mouse model. CARS measurements combined with multivariate data analysis, including image preprocessing followed by image clustering and data-driven modeling, allowed for differentiation between FD and control groups. Indeed, CARS identified shifts of lipid/protein content between the two groups in cardiac tissue visually and by subsequent automated bioinformatic discrimination with a mean sensitivity of 90–96%. Of note, this genotype differentiation was successful at a very early time point during disease development when only kidneys are visibly affected by globotriaosylceramide depositions. Altogether, the sensitivity of CARS combined with multivariate analysis allows reliable diagnostic support of early FD organ manifestation and may thus improve diagnosis, prognosis, and possibly therapeutic monitoring of FD. KW - coherent anti-Stokes Raman scattering (CARS) microscopy KW - Raman micro-spectroscopy KW - cardiovascular diseases KW - Fabry Disease (FD) KW - Gb3 and lyso-Gb3 biomarkers KW - multivariate data analysis KW - immunohistochemistry Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-284427 SN - 1422-0067 VL - 23 IS - 10 ER -