Untersuchung einer monomeren Mutante der extrazellulär regulierten Kinase 2 (ERK2) bei kardialer Hypertrophie

Analysis of a monomeric mutant of extracellular signal-regulated kinase 2 (ERK2) on cardiac hypertrophy

Please always quote using this URN: urn:nbn:de:bvb:20-opus-155644
  • Die Raf-MEK-ERK1/2-Kaskade spielt eine wichtige Rolle in der Vermittlung von kardialer Hypertrophie und Zellüberleben. Durch unsere Arbeitsgruppe konnte im Vorfeld gezeigt werden, dass die Dimerisierung von ERK2 eine Voraussetzung für dessen Autophosphorylierung an Thr188 darstellt, welche wiederum für die Übermittlung der hypertrophen Effekten von ERK1/2 erforderlich ist. Im Rahmen dieser Arbeit wurde daraus abgeleitet die Fragestellung untersucht, ob mit Verhinderung der ERK2-Dimerisierung eine nützliche Strategie zur Inhibition vonDie Raf-MEK-ERK1/2-Kaskade spielt eine wichtige Rolle in der Vermittlung von kardialer Hypertrophie und Zellüberleben. Durch unsere Arbeitsgruppe konnte im Vorfeld gezeigt werden, dass die Dimerisierung von ERK2 eine Voraussetzung für dessen Autophosphorylierung an Thr188 darstellt, welche wiederum für die Übermittlung der hypertrophen Effekten von ERK1/2 erforderlich ist. Im Rahmen dieser Arbeit wurde daraus abgeleitet die Fragestellung untersucht, ob mit Verhinderung der ERK2-Dimerisierung eine nützliche Strategie zur Inhibition von Hypertrophie vorliegt und welchen Einfluss diese auf das Zellüberleben hat. Die Auswirkungen der Dimerisierungsdefizienz von ERK2 wurden in neonatalen Kardiomyozyten der Ratte und in transgenen Mäusen mithilfe einer ERK2-Mutante untersucht, der einige Aminosäuren in der ERK-ERK-Interaktionsfläche fehlen und daher keine Dimere bilden kann (ERK2Δ174-177). Eine Überexpression von ERK2Δ174-177 in neonatalen Kardiomyozyten verringerte signifikant die Antwort auf hypertrophe Stimuli (Phenylephrin, Endothelin 1). Im Anschluss daran wurden die Effekte der Dimerisierungsdefizienz von ERK2 in vivo an transgenen Mäusen mit kardialer Überexpression von ERK2Δ174-177 erforscht. Diese Mäuse zeigten unter basalen Bedingungen keine Unterschiede gegenüber Wildtyp-Mäusen hinsichtlich Kardiomyozytengröße, Ventrikelwanddicke und kardialer Funktion. Unter chronischer Druckbelastung mittels TAC ließ sich hingegen ein signifikant vermindertes Ausmaß an Hypertrophie im Vergleich zu Wildtyp quantifizieren. Da der ERK1/2-Signalweg auch am Überleben von Kardiomyozyten beteiligt ist, wurde die Apoptose an histologischen Schnitten von Mausherzen analysiert. Interessanterweise fand sich bei Herzen, die das dimerisierungsdefiziente ERK2-Protein überexprimierten, eine mit Wildtyp vergleichbare Anzahl TUNEL-positiver Zellen. Ein ähnliches Ergebnis konnte bei der Messung des Fibrosegrades an Sirius-Rot gefärbten histologischen Schnitten beobachtet werden. Zuletzt wurden die Folgen der ERK2-Dimerisierungsdefizienz auf physiologische Hypertrophie mit einem Laufrad-Versuchsaufbau evaluiert. Transgene ERK2Δ174-177- und Wildtyp-Mäuse zeigten unter diesem physiologischen Stimulus keine Unterschiede im Hinblick auf die Zunahme an kardialer Hypertrophie. Da die Dimerisierungsdefizienz von ERK2 zu einer reduzierten pathologischen Hypertrophie, ohne negative Auswirkungen auf ERK1/2-vermittelte anti-apoptotische Effekte noch auf kardiale Funktion oder physiologische Hypertrophieprozesse führt, stellt die Hemmung der ERK-Dimerisierung ein attraktives Ziel zur Therapie pathologischer Hypertrophie sowie potentiell auch anderer auf den ERK1/2-Signalweg basierenden Krankheiten dar.show moreshow less
  • The Raf-MEK-ERK1/2 pathway plays a crucial role in signal transmission of cardiac hypertrophy and cell survival. In advance, we showed that dimerization of ERK2 is a prerequisite for autophosphorylation on Thr188, promoting cardial hypertrophic effects. In this study we therefore investigated the role of ERK2-dimerization in cardiac hypertrophy and cell survival. Overexpression of the dimerization deficient mutant ERK2Δ174-177 in neonatal rat cardiomyocytes significantly attenuated the hypertrophic response on hypertrophic stimuliThe Raf-MEK-ERK1/2 pathway plays a crucial role in signal transmission of cardiac hypertrophy and cell survival. In advance, we showed that dimerization of ERK2 is a prerequisite for autophosphorylation on Thr188, promoting cardial hypertrophic effects. In this study we therefore investigated the role of ERK2-dimerization in cardiac hypertrophy and cell survival. Overexpression of the dimerization deficient mutant ERK2Δ174-177 in neonatal rat cardiomyocytes significantly attenuated the hypertrophic response on hypertrophic stimuli (phenylephrine, ET-1). Moreover mice with cardiac overexpression of ERK2Δ174-177 who underwent chronic pressure overload by transverse aortic constriction demonstrated significant lower cardiac hypertrophy compared to wild type mice in histological examination and echocardiography. No difference was found in the rate of apoptotic cells measured in histological sections by TUNEL assay. Interestingly, ERKΔ174-177-mice who underwent running-wheel experiments showed no difference in physiological hypertrophy compared to wild type mice. In conclusion, the dimerization deficiency of ERK2 lead to reduced pathological cardiac hypertrophy without negative impact neither on ERK1/2-mediated anti-apoptotic effects nor on physiological hypertrophic processes. Hence, inhibition of ERK-dimerization might be an attractive target to reduce pathological hypertrophy and potentially interferes with other diseases mediated by the ERK1/2 pathway.show moreshow less

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Metadaten
Author: Martin W. Hümmert
URN:urn:nbn:de:bvb:20-opus-155644
Document Type:Doctoral Thesis
Granting Institution:Universität Würzburg, Medizinische Fakultät
Faculties:Medizinische Fakultät / Institut für Pharmakologie und Toxikologie
Referee:Prof. Dr. Kristina Lorenz
Date of final exam:2017/10/30
Language:German
Year of Completion:2019
DOI:https://doi.org/10.25972/OPUS-15564
Dewey Decimal Classification:6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 61 Medizin und Gesundheit / 610 Medizin und Gesundheit
GND Keyword:ERK2d4
Tag:ERK Dimerisierungsdefizienz; ERK-Monomer; ERK1/2; kardiale Hypertrophie
Release Date:2019/10/30
Embargo Date:2020/07/30
Licence (German):License LogoDeutsches Urheberrecht