Christina Albrecht

• Arrhythmogene Kardiomyopathie (ACM) ist eine genetische Herzerkrankung, die durch Herzinsuffizienz, ventrikuläre Arrhythmien und plötzlichen Herztod gekennzeichnet ist. Mutationen in desmosomalen Proteinen der Zelladhäsion, wie Plakophilin 2 (PKP2) und Plakoglobin (PG), sind die häufigste Ursache der familiären ACM. Wie gestörte Zelladhäsion zum ACM-Phänotyp führt, ist jedoch nur teilweise geklärt. Potentielle Mechanismen sind eine gestörte Kalzium-(Ca2+)-Homöostase, mitochondrialer oxidativer Stress und metabolische Störungen. Ziel dieserArrhythmogene Kardiomyopathie (ACM) ist eine genetische Herzerkrankung, die durch Herzinsuffizienz, ventrikuläre Arrhythmien und plötzlichen Herztod gekennzeichnet ist. Mutationen in desmosomalen Proteinen der Zelladhäsion, wie Plakophilin 2 (PKP2) und Plakoglobin (PG), sind die häufigste Ursache der familiären ACM. Wie gestörte Zelladhäsion zum ACM-Phänotyp führt, ist jedoch nur teilweise geklärt. Potentielle Mechanismen sind eine gestörte Kalzium-(Ca2+)-Homöostase, mitochondrialer oxidativer Stress und metabolische Störungen. Ziel dieser Studie ist es, die mitochondriale Energetik und die Ca2+ -Homöostase in kardio-restriktiven PKP2-Knockout-Mäusen (KO) im Alter von 4, 8 und 12 Wochen sowie in PG-Knockout- Mäusen im Alter von 6 Wochen zu untersuchen. Vier Wochen alte PKP2-KO-Mäuse zeigten frühe Anzeichen von ACM, während alle anderen Altersgruppen typische Kennzeichen von ACM rekapitulierten. Kontraktilität, die damit verbundenen Ca2+ - Transienten, der Redoxstatus und das mitochondriale Membranpotenzial (ΔΨm) isolierter Kardiomyozyten wurden mit einem IonOptix-System bei elektrischer und β- adrenerger Stimulation untersucht. Alle desmosomalen KO-Kardiomyozyten zeigten eine verringerte diastolische Sarkomerlänge, was auf eine diastolische Dysfunktion hinwies. In allen PKP2 KO Kardiomyozyten lag außerdem ein erhöhter intrazellulärer Ca2+ -Spiegel vor, während in den PG KO-Kardiomyozyten das intrazellulärer Ca2+ unverändert war. PKP2 KO- und PG KO-Kardiomyozyten wiesen keine Ca2+ - Sensibilisierung der Myofilamente auf. Zur weiteren Bewertung der mitochondrialen Funktion wurde eine hochauflösende Respirometrie in isolierten Herzmitochondrien bei gleichzeitiger Überwachung von ΔΨm in PKP2 KO und PG KO Mäusen durchgeführt, welche in allen Versuchs- und Kontrollgruppen vergleichbar war. Im Verlauf der Versuche blieb der Redoxstatus stabil und es konnte kein Exzess reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) festgestellt werden. Daraus konnte gefolgert werden, dass weder PKP2 KO noch PG KO-Mäuse eine beeinträchtigte mitochondriale Atmung aufwiesen. Diese Studie zeigt, dass isolierte PKP2 KO- oder PG KO-Kardiomyozyten EC-Kopplungsdefekte ohne mitochondriale Dysfunktion aufwiesen. Eine mitochondriale Dysfunktion konnte als treibender Faktor für die Progression des ACM- Phänotyps in den vorgestellten Mausmodellen ausgeschlossen werden. Weitere Studien sind erforderlich, um die mitochondriale Funktion im Zusammenhang mit ACM zu entschlüsseln.…
• Arrhythmogenic Cardiomyopathy (ACM) is a genetic heart disease characterized by cardiac failure, ventricular arrhythmias, and sudden cardiac death. Mutations in desmosomal cell adhesion proteins, such as plakophilin 2 (PKP2) and Plakoglobin (PG), are the most common cause of familial ACM. However, how disturbed cell adhesion leads to the ACM phenotype is only partially understood. Hypotheses include that disturbed cell adhesion and impaired calcium (Ca2+) homeostasis impact mitochondrial function as a source of oxidative stress, ultimatelyArrhythmogenic Cardiomyopathy (ACM) is a genetic heart disease characterized by cardiac failure, ventricular arrhythmias, and sudden cardiac death. Mutations in desmosomal cell adhesion proteins, such as plakophilin 2 (PKP2) and Plakoglobin (PG), are the most common cause of familial ACM. However, how disturbed cell adhesion leads to the ACM phenotype is only partially understood. Hypotheses include that disturbed cell adhesion and impaired calcium (Ca2+) homeostasis impact mitochondrial function as a source of oxidative stress, ultimately causing electrical instability and metabolic dysfunction. The goal of this study is to investigate mitochondrial energetics and Ca2+ homeostasis in cardio-restricted PKP2 knockout (KO) mice at the age of 4, 8 and 12 weeks and PG knockout mice at the age of 6 weeks, mimicking early to advanced disease states. Four-week-old PKP2 KO mice showed early signs of ACM while all other age groups recapitulated hallmarks of ACM: systolic dysfunction, right ventricular dilation, and cardiac fibrosis. Contractility associated Ca2+ transients, redox state, and mitochondrial membrane potential (ΔΨm) of isolated cardiomyocytes upon electrical and β-adrenergic stimulation were investigated with an IonOptix system. All age groups of PKP2 KO cardiomyocytes had decreased diastolic sarcomere length, indicating diastolic dysfunction, and elevated intracellular Ca2+ levels. 6-week-old PG KO cardiomyocytes showed a diastolic dysfunction in the same manner, while Ca2+ levels did not differ. In addition, no Ca2+ sensitization of myofilaments was detected in PKP2 KO or PG KO mice. To further assess mitochondrial function, high-resolution respirometry was performed with simultaneous monitoring of ΔΨm in isolated cardiac mitochondria from PKP2 KO and PG KO mice. For all groups and controls, addition of ADP increased O2 consumption and dissipated ΔΨm to a similar extent, implying that neither PKP2 KO nor PG KO mice exhibit impaired mitochondrial respiration. During the experiments, the redox status remained stable, and no excess of reactive oxygen species (ROS) was detected. This study demonstrates that isolated PKP2 or PG KO cardiomyocytes exhibit EC-coupling defects without mitochondrial dysfunction. Mitochondrial dysfunction can be excluded as the driving factor of ACM phenotype progression in the mouse models presented in this study. Further studies are needed to unravel ACM-related mitochondrial biology.…