Melanie Kern [verh. Bischof]

• Langkettige Acylcarnitine wie Oleoylcarnitn sind arrhythmogen wirkende Metaboliten, deren Rolle im Zusammenhang mit Vorhofflimmern noch unvollständig erforscht sind. Ziel dieser Dissertation war es, dazu beizutragen, den Einfluss langkettiger Acylcarnitine auf den kardialen Metabolismus besser zu verstehen. Dabei wurden für die Daten aktuelle Studien genutzt, welche sich mit dem Einfluss von Acylcarnitinen auf kardiales Gewebe bzw. kardial vorerkrankten Patienten beschäftigten. Hierzu zählten unter anderem die Daten einer Kohorten-Studie mitLangkettige Acylcarnitine wie Oleoylcarnitn sind arrhythmogen wirkende Metaboliten, deren Rolle im Zusammenhang mit Vorhofflimmern noch unvollständig erforscht sind. Ziel dieser Dissertation war es, dazu beizutragen, den Einfluss langkettiger Acylcarnitine auf den kardialen Metabolismus besser zu verstehen. Dabei wurden für die Daten aktuelle Studien genutzt, welche sich mit dem Einfluss von Acylcarnitinen auf kardiales Gewebe bzw. kardial vorerkrankten Patienten beschäftigten. Hierzu zählten unter anderem die Daten einer Kohorten-Studie mit 9660 Probanden von Professor Dr. rer. nat. Tanja Zeller in Hamburg. Diese Daten zeigten, dass Patienten mit Vorhofflimmern erhöhte Acylcarnitin-Blutplasma-Werte aufwiesen. Bei den Acylcarnitinen handelt es sich um Fettsäuren mit 18 Kohlenstoff- (C-) Atomen und einer Doppelbindung. Der Hauptvertreter dieser Fettsäuren ist Oleoylcarnitin. Dass Oleoylcarnitin eine besondere Rolle bei der Entwicklung von Arrhythmien zufällt, konnten andere Studien bestätigen. Auf Grund dieser Grundlage wurden initiale Experimente durchgeführt. Für alle Experimente wurde Oleoylcarnitin mit 18 C-Atomen und einer Doppelbindung bzw. Stearoylcarnitin mit 18 C-Atomen ohne Doppelbindung in verschiedenen Konzentrationen verwendet. Um den Einfluss der Acylcarnitine auf den kardialen Metabolismus bestimmen zu können, wurden aus C57BL/6N Mäusen kardiale Mitochondrien isoliert und deren Respiration (Sauerstoffverbrauch) als Ausdruck der metabolischen Leistung und damit der Vitalität der Mitochondrien mit Hilfe der Clark Elektrode bestimmt. Die Mitochondrien wurden mit verschiedenen Substraten, d.h., mit Pyruvat/Malat (Komplex 1 Substrat), Glutamat/Malat (Komplex 1 Substrat nach Anaplerose) oder Palmitoyl-CoA (β-Oxidations-Substrat) und unterschiedlichen Konzentrationen von Acylcarnitinen behandelt und die Respiration gemessen. Im Gegensatz zur Pyruvat/Malat-gestützten Respiration, die durch den Einfluss von hohen (bis 25 µM) Oleoylcarnitin Konzentrationen vermindert bis inhibiert wurde, steigerte zumindest zeitweise Oleoylcarnitin die PalmitoylCoA- sowie die Glutamat/Malat-gestützte Respiration. Wobei kritisch zu betrachten ist, dass die Respirationslevel einer Glutamat/Malat-gestützten Respiration insgesamt auf einem niedrigeren Level sind als mit Pyruvat/Malat als Substrat. Der inhibierende Acylcarnitin-Effekt auf die Pyruvat/Malat-Atmung konnte nicht mit Etomoxir, einem Inhibitor der Carnitin Palmitoyl-Transferase 1 (CPT1), beeinflusst werden, aber als CPT1-Inhibitor konnte Etomoxir die auf PalmitoylCoA gestützte Respiration konzentrationsabhängig reduzieren. Die inhibierenden Effekte der Acylcarnitine waren zudem reversibel und verursachten somit keine irreversiblen Schäden an den Mitochondrien. Es wird geschlussfolgert, dass die hier getesteten Oleoyl- und Stearoylcarnitine eine regulierende Funktion auf die flexible Substratverarbeitung des Herzens haben. Sie können den Abbau der Glycolyse-Endprodukte inhibieren, gleichzeitig die Fettsäure-Respiration unterstützen und somit mit einem Substratswitch den Stoffwechsel der Mitochondrien beeinflussen. Gleichzeitig könnte es bei Situationen mit gestörtem oxidativem Stoffwechsel, z.B. während Myokardischämie zur Überlastung des Metabolismus oder sogar Blockade der Respiration kommen. Diese Respirationsblockade könnte ein Auslöser für Arrhythmien und Vorhofflimmern sein.…
• Long-chain acylcarnitines such as oleoylcarnitine are arrhythmogenic metabolites whose role in connection with atrial fibrillation is still incompletely researched. The aim of this dissertation was to contribute to a better understanding of the influence of long-chain acylcarnitines on cardiac metabolism. Current studies were used for the data, which dealt with the influence of acylcarnitines on cardiac tissue or patients with previous cardiac disease. This included, among other things, the data from a cohort study with 9,660 test subjects byLong-chain acylcarnitines such as oleoylcarnitine are arrhythmogenic metabolites whose role in connection with atrial fibrillation is still incompletely researched. The aim of this dissertation was to contribute to a better understanding of the influence of long-chain acylcarnitines on cardiac metabolism. Current studies were used for the data, which dealt with the influence of acylcarnitines on cardiac tissue or patients with previous cardiac disease. This included, among other things, the data from a cohort study with 9,660 test subjects by Professor Dr. rer. nat. Tanja Zeller in Hamburg. These data showed that patients with atrial fibrillation had elevated plasma acylcarnitine levels. Acylcarnitines are fatty acids with 18 carbon (c) atoms and one double bond. The main representative of these fatty acids is oleoylcarnitine. Other studies have confirmed that oleoylcarnitine plays a special role in the development of arrhythmias. On this basis, initial experiments were carried out. For all experiments, oleoylcarnitine with 18 carbon atoms and one double bond or stearoylcarnitine with 18 carbon atoms without a double bond was used in various concentrations. In order to determine the influence of acylcarnitines on cardiac metabolism, cardiac mitochondria were isolated from C57BL/6N mice and their respiration (oxygen consumption) as an expression of the metabolic performance and thus the vitality of the mitochondria was determined using the Clark electrode. The mitochondria were treated with different substrates, i.e. with pyruvate/malate (complex 1 substrate), glutamate/malate (complex 1 substrate) or palmitoyl-CoA (β-oxidation substrate) and different concentrations of acylcarnitines, and respiration was measured . In contrast to pyruvate/malate-assisted respiration, which was reduced or even inhibited by the influence of high (up to 25 µM) oleoylcarnitine concentrations, oleoylcarnitine at least temporarily increased palmitoylCoA- and glutamate/malate-assisted respiration. It should be considered critically that the respiration levels of glutamate/malate-supported respiration are overall at a lower level than with pyruvate/malate as a substrate. The inhibitory acylcarnitine effect on pyruvate/malate respiration could not be influenced with etomoxir, an inhibitor of carnitine palmitoyl transferase 1 (CPT1), but as a CPT1 inhibitor, etomoxir could reduce palmitoylCoA-assisted respiration in a concentration-dependent manner. The inhibitory effects of acylcarnitines were also reversible and therefore did not cause irreversible damage to the mitochondria. It is concluded that the oleoyl and stearoyl carnitines tested here have a regulatory function on the flexible substrate processing of the heart. They can inhibit the breakdown of glycolysis end products, at the same time support fatty acid respiration and thus influence the metabolism of the mitochondria with a substrate switch. At the same time, in situations with disturbed oxidative metabolism, e.g. during myocardial ischemia, overloading of the metabolism or even blocking of respiration could occur. This respiratory blockage could be a trigger for arrhythmias and atrial fibrillation.…