Ilonka Morsch

• In dieser Arbeit wurden die Signalwege an Myokard, Leber und Skelettmuskulatur untersucht, die den Veränderungen des Glucosestoffwechsels im zeitlichen Verlauf bei TAC-induzierter systolischer Herzinsuffizienz zu Grunde liegen können. Es wurde dafür über eine TAC-Operation am Mausmodell eine Herzinsuffizienz induziert. Erniedrigte Nüchtern-Blutzuckerwerte und ein erhöhter myokardialer Glucoseverbrauch fanden sich als die wesentlichen metabolischen Veränderungen in diesem Mausmodell mit TAC-induzierter Herzinsuffizienz. In Vorarbeiten ergabenIn dieser Arbeit wurden die Signalwege an Myokard, Leber und Skelettmuskulatur untersucht, die den Veränderungen des Glucosestoffwechsels im zeitlichen Verlauf bei TAC-induzierter systolischer Herzinsuffizienz zu Grunde liegen können. Es wurde dafür über eine TAC-Operation am Mausmodell eine Herzinsuffizienz induziert. Erniedrigte Nüchtern-Blutzuckerwerte und ein erhöhter myokardialer Glucoseverbrauch fanden sich als die wesentlichen metabolischen Veränderungen in diesem Mausmodell mit TAC-induzierter Herzinsuffizienz. In Vorarbeiten ergaben die GTTs nach zwei Wochen eine erhöhte Glucoseaufnahme nach TAC, die nicht durch eine verstärkte Insulinsignaltransduktion hervorgerufen wurde, da sich die Insulinkonzentrationen und die Insulinsensitivität zwischen den Gruppen nicht unterschieden. Der Nüchternblutzuckers war bei den TAC-operierten Tieren niedriger als bei den Sham-operierten. In der PET-Bildgebung wurde eine erhöhte Glucoseaufnahme im Herzen bei den TAC-Tieren verglichen mit den Sham-operierten Tieren gezeigt. Im Rahmen dieser Arbeit wurden nun nach einem bzw. sechs Monaten bei den Versuchsgruppen Western Blot Analysen sowie Glykogenassays durchgeführt. Zudem wurde untersucht, wie sich eine zusätzliche Sucrosefütterung über sechs Monate ab OP auswirkt. Dabei fand sich eine erhöhte Expression des basalen Glucosetransporters GLUT1 am Myokard, passend zur erhöhten basalen Glucoseaufnahme im PET. Die Expression des insulinabhängigen Transporters GLUT4 hingegen war - wie bereits in anderen Arbeiten zu Hypertrophie und Herzinsuffizienz - vermindert. Der hepatische und muskuläre Glykogengehalts war nach TAC reduziert, wobei die Depletion der hepatischen Speicher bereits nach einem Monat, im Muskel erst nach sechs Monaten signifikant war. Die Regulation der muskulären Glykogenreserven wurde in unserem Modell möglicherweise über Akt und Hexokinase II vermittelt. Einen Monat nach TAC war am Skelettmuskel eine vorübergehende Reduktion der Akt-Phosphorylierung zu verzeichnen, was über Aktivierung der Glykogensynthase zur Aufrechterhaltung der muskulären Glykogenspeicher beitragen kann. Sechs Monate nach TAC-OP war die Akt-Expression im Skelettmuskel dann jedoch verstärkt, was zwar einen Kompensationsmechanismus zur Vermeidung einer Muskel-Atrophie darstellt, jedoch durch Inaktivierung der Glykogensynthase sinkende Glykogenreserven bedingt. Gleichzeitig war eine Steigerung der Expression von Hexokinase II zu beobachten, die durch Bildung von Glucose-6-Phosphat die intrazellluläre Glucoseverfügbarkeit kompensiert. Bei zusätzlicher Sucrosefütterung über sechs Monate zeigte sich im Muskel der TAC-operierten Tiere keine kompensatorische Steigerung von Akt- und HKII-Expression mehr, und auch die Entleerung der muskulären Glykogenspeicher war vollständig abgefangen. Ebenso wurde die Entleerung der hepatischen Glykogenvorräte durch Sucrose-Substitution verhindert, was für eine ausreichende Glucoseverfügbarkeit spricht und die Normalisierung der Glucosetoleranz erklärt. Wichtige Regulatoren der Leber-Glykogensynthese, z.B. GLUT2 und HK IV, oder der zellulären Energie-Homöostase, z.B. AMPK, waren hingegen zu keinem Zeitpunkt wesentlich verändert. Zusammenfassend konnten somit durch eine Sucrosesubstitution die bei TAC-induzierter Herzinsuffizienz reduzierten Glykogenspeicher in Muskel und Leber erhalten, der systemische Glucosestoffwechsel normalisiert und eine Reduktion der Mortalität erzielt werden. Insgesamt lässt sich feststellen, dass sich Strategien, die zu einer Wiederherstellung der systemischen Glucoseverfügbarkeit beitragen, möglicherweise positiv auf eine Herzinsuffizienztherapie auswirken könnten.…
• In this work, the signaling pathways in myocardium, liver, and skeletal muscles that may underlie changes in glucose metabolism over time in TAC-induced systolic heart failure were investigated. For this purpose, heart failure was induced by TAC surgery in a mouse model. Lowered fasting blood glucose levels and increased myocardial glucose consumption were found to be the major metabolic changes in this mouse model of TAC-induced heart failure. In preliminary studies, GTTs showed increased glucose uptake after two weeks after TAC, which wasIn this work, the signaling pathways in myocardium, liver, and skeletal muscles that may underlie changes in glucose metabolism over time in TAC-induced systolic heart failure were investigated. For this purpose, heart failure was induced by TAC surgery in a mouse model. Lowered fasting blood glucose levels and increased myocardial glucose consumption were found to be the major metabolic changes in this mouse model of TAC-induced heart failure. In preliminary studies, GTTs showed increased glucose uptake after two weeks after TAC, which was not caused by increased insulin signal transduction, since insulin concentrations and insulin sensitivity did not differ between groups. Fasting blood glucose was lower in the TAC-operated animals than in the sham-operated animals. PET imaging showed increased cardiac glucose uptake in the TAC animals compared to the sham-operated animals. In this study, Western blot analyses and glycogen assays were performed after one and six months in the experimental groups. In addition, the effect of an additional sucrose feed over six months after surgery was investigated. An increased expression of the basal glucose transporter GLUT1 was found in the myocardium, matching the increased basal glucose uptake in PET. The expression of the insulin-dependent transporter GLUT4, on the other hand, was reduced, as in other studies on hypertrophy and heart failure. The hepatic and muscular glycogen content was reduced after TAC, whereby the depletion of the hepatic stores was already significant after one month, in the muscle only after six months. The regulation of muscular glycogen reserves was possibly mediated in our model by Akt and hexokinase II. One month after TAC, a temporary reduction of Akt phosphorylation was observed in skeletal muscle, which may contribute to the maintenance of muscular glycogen stores by activating glycogen synthase. However, six months after TAC surgery, Akt expression in skeletal muscle was increased, which is a compensatory mechanism to avoid muscle atrophy, but which causes decreasing glycogen reserves due to inactivation of glycogen synthase. At the same time, an increase in the expression of hexokinase II was observed, which compensates for intracellular glucose availability by producing glucose-6-phosphate. With additional sucrose feeding over six months, no compensatory increase in Akt and HKII expression was observed in the muscle of the TAC-operated animals, and the depletion of muscular glycogen reserves was completely stopped. Likewise, the depletion of hepatic glycogen stores by sucrose substitution was prevented, which indicates sufficient glucose availability and explains the normalization of glucose tolerance. Important regulators of liver glycogen synthesis, e.g. GLUT2 and HK IV, or cellular energy homeostasis, e.g. AMPK, were not significantly altered at any time. In summary, sucrose substitution was able to maintain the reduced glycogen stores in muscle and liver in TAC-induced heart failure, normalize systemic glucose metabolism and reduce mortality. Overall, it can be concluded that strategies that contribute to restoring systemic glucose availability could potentially have a positive impact on heart failure therapy.…