Katja Nething

• Einleitung: Die Plasmamembran Ca2+-ATPase (PMCA) ist ein ubiquitär in eukaryonten Zellen vorkommendes Enzym, das Kalziumionen aus der Zelle transportiert. In Myokardzellen ist ihre Funktion trotz eingehender biochemischer Charakterisierung unklar. Die frühere Hypothese einer Zuständigkeit für die Feinabstimmung der [Ca2+]iz wurde in neuerer Zeit ergänzt durch die vermutete Rolle der PMCA in der Regulation von Zellparametern wie Proliferation, Differenzierung und Apoptose. Unterstützt wird dies durch die Lokalisation der ATPase in Caveolae,Einleitung: Die Plasmamembran Ca2+-ATPase (PMCA) ist ein ubiquitär in eukaryonten Zellen vorkommendes Enzym, das Kalziumionen aus der Zelle transportiert. In Myokardzellen ist ihre Funktion trotz eingehender biochemischer Charakterisierung unklar. Die frühere Hypothese einer Zuständigkeit für die Feinabstimmung der [Ca2+]iz wurde in neuerer Zeit ergänzt durch die vermutete Rolle der PMCA in der Regulation von Zellparametern wie Proliferation, Differenzierung und Apoptose. Unterstützt wird dies durch die Lokalisation der ATPase in Caveolae, spezifischen Membraninvaginationen, in denen wichtige Zentren der zellulären Signalverarbeitung gesehen werden. Ziel: Mit der vorliegenden Arbeit sollte die Funktion der Plasmamembran Ca2+-ATPase, insbesondere eine mögliche Beteiligung des Enzyms an der Übermittlung zellulärer Signale im Rahmen von Apoptose und Wachstum, weiter aufgeklärt werden. Methoden: Die Experimente zur Apoptose in dUTP-nick-end-labeling (TUNEL)-Technik wurden zum einen an einer Myoblastenlinie, zum anderen an transgenen Ratten mit hPMCA 4CI-Überexpression durchgeführt. Die Proteinsyntheseraten neonataler Kardiomyozyten wildtypischer bzw. überexprimierender Tiere mittels 3H-Leucin-Inkorporation in Ruhe und unter Stimulation mit hypertrophieinduzierenden Substanzen wurden verglichen. Ergänzend zu diesen funktionellen Versuchen fanden Immunfluoreszenzanalysen an neonatalen Kardiomyozyten der hPMCA 4CI-überexprimierenden Rattenlinie 1142 statt. Ergebnisse: In der L6-Myoblastenlinie beeinflußte die Überexpression der Plasmamembran Ca2+-ATPase die Apoptose nicht, ebenso in ruhenden neonatalen Kardiomyozyten. Phenylephrin und Isoproterenol steigerten die Syntheseaktivität in den überexprimierenden Herzmuskelzellen signifikant gegenüber Wildtypkontrollen. NOS-Inhibition mit L-NAME induzierte in den neonatalen Kardiomyozyten Hypertrophie. Die Kombination von L-NAME und Isoproterenol ergab in beiden Zellgruppen gegenüber dem Einzelstimulus verdoppelte Proteinsyntheseraten, wobei die Myozyten der Linie 1142 signifikant stärker ansprachen. Zusammenfassung: Überexpression der Plasmamembran Ca2+-ATPase moduliert myozytäres Wachstum, wobei ein Einfluß auf den b-adrenergen und NO Signalweg vorliegt. Die mittels Immunfluoreszenz nachgewiesene Lokalisation der PMCA in Caveolae läßt eine Interaktion des Enzyms mit anderen Signaltransduktionsmolekülen in diesen Subkompartimenten vermuten.…
• Introduction: The plasma membrane calcium ATPase (PMCA) is a calcium-extruding enzyme controlling calcium homeostasis in all eucaryontic cells. Especially in excitable cells like cardiomyocytes its exact function still remains unclear. The former hypothesis of a role in fine tuning of outward calcium currents has to be questioned. Several recent studies indicate that the sarcolemmal Ca2+-pump might play a role in regulating myocardial growth and/or differentiation, possibly through modulation of caveolar signal transduction. Objective: To testIntroduction: The plasma membrane calcium ATPase (PMCA) is a calcium-extruding enzyme controlling calcium homeostasis in all eucaryontic cells. Especially in excitable cells like cardiomyocytes its exact function still remains unclear. The former hypothesis of a role in fine tuning of outward calcium currents has to be questioned. Several recent studies indicate that the sarcolemmal Ca2+-pump might play a role in regulating myocardial growth and/or differentiation, possibly through modulation of caveolar signal transduction. Objective: To test whether the PMCA might be involved in cellular processes other than beat-to-beat regulation of contraction/relaxation cycle, especially in growth regulation, apoptosis and signal transduction. Methods: Analysis of apoptosis was performed on L6-myoblasts with stable PMCA-overexpression and neonatal cardiomyocytes from transgenic rats, using the TUNEL-technique according to the manufacturer’s protocol. Growth experiments include several different approaches, comparing unstimulated versus stimulated cardiomyocytes. Stimuli used are catecholamines and L-NAME, an inhibitor of NO synthase. Protein synthesis rate of the cells was assessed via 3H leucine incorporation, serving as a measure for hypertrophy. In addition to these experiments, immunostaining and confocal laser microscopy were performed on the primary cell culture of cardiac myocytes. Results: Overexpression of PMCA did not exert significant effects on apoptosis nor in L6 myoblasts neither in cardiomyocytes. Growth experiments revealed significant higher protein synthesis rates in cardiomyocytes from transgenic rats under catecholamine stimulation with phenylephrine and isoproterenol. L-NAME induces hypertrophy in neonatal cardiomyocytes, combination of isoproterenol and L-NAME produces protein synthesis rates twice as high, predominantly in transgenic cells. Immunostaining showed colocalization of PMCA with caveolin 3, which locates the transgenic enzyme to caveolae. Conclusion: Overexpression of plasma membrane calcium ATPase modulates myocyte growth, with effect on beta-adrenergic and NO pathway. In view of these results and recent findings about caveolae, one could hypothesize that the PMCA exerts its effects by interacting with other signal transduction molecules in these highly specific subcellular compartments.…