Hormonelle Regulation der Titin-basierten myokardialen passiven Steifigkeit
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Projekt konnte erfolgreich belegen, dass sowohl die Expression als auch die posttranslationale Modifikation von Titin einer deutlichen hormonellen Regulation unterliegen, und maßgeblich durch Aktivierung des PI3K/AKT-Signalweges gesteuert werden. Es wurde gezeigt, dass funktioneller Insulinmangel bei Typ-2 Diabetes mellitus zu einem signifikanten Anstieg der Titin-basierten Myofilamentsteifigkeit führt, und dass diese Veränderungen zu einem großen Teil durch veränderte Phosphorylierung der elastischen Titindomänen verursacht werden. Erste Daten deuten darauf hin, dass die PKG-Aktivität in T2DM Patienten durch eine gestörte Regulation des cGMP-Haushaltes deutlich vermindert ist, die Aktivität der PKCα dagegen deutlich erhöht ist. Die gezeigten Ergebnisse legen die Vermutung nahe, dass Modifikation von Titin und der damit verbundene Anstieg der Myofilamentsteifigkeit an der Ausprägung einer diastolischen Dysfunktion bei Typ-2 Diabetes mellitus beteiligt ist. Begleitende Zellkulturexperimente zeigten, dass Insulin durch Aktivierung des PI3K/Akt Signalweges eine gesteigerte Kinaseaktivität der PKG, ERK1/2 und PKC alpha induziert. Interessant ist, dass auch das orale Antidiabetikum Metformin diese Signalkaskaden aktiviert und eine Modifikation von Titin auslöst. Vor diesem Hintergrund ist denkbar, dass die Metforminbehandlung bei Typ-2 Diabetes am humanen Herzen zu der verstärkten PEVK- Phosphorylierung beiträgt, und damit zumindest teilweise für einen Anstieg der Titinbasierten Ventrikelsteifigkeit verantwortlich ist. Im Verlauf dieses Projektes wurden mehrere Phosphorylierungsstellen am Titin identifiziert, und durch Generierung phosphospezifischer Antikörper auch biochemisch charakterisierbar gemacht. Die Ergebnisse der ersten Studien bestätigen, dass das „fine-tuning“ der Myofilamentsteifigkeit durch Hypo- bzw. Hyperphosphorylierung der verschiedenen Phosphorylierungsmotive innerhalb der elastischen Titindomänen N2-B und PEVK geschieht. Veränderungen der posttranslationalen Titinmodifkation wurden im Rahmen dieses Projektes sowohl für langfristige, pathophysiologische (Herzinsuffizienz) als auch kurzfristige physiologische (körperliche Belastung) Situationen festgestellt.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Insulin signaling regulates cardiac titin-isoform composition in heart development and diabetic cardiomyopathy. J Mol Cell Cardiol. 48: 910–916 (2010)
Krüger M, Babicz K, von Frieling-Salewsky M, Linke WA
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Sildenafil and B-Type Natriuretic Peptide Acutely Phosphorylate Titin and Improve Diastolic Distensibility In Vivo. Circulation. 124(25):2882-91 (2011)
Bishu K, Hamdani N, Mohammed SF, Krüger M, Ohtani T, Ogut O, Brozovich FV, Burnett JC Jr, Linke WA, Redfield MM
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The giant protein titin: a regulatory node that integrates myocyte signaling pathways. J Biol Chem. 286(12):9905-9912 (2011)
Krüger M, Linke WA
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Differential changes in titin domain phosphorylation increase myofilament stiffness in failing human hearts. Cardiovasc Res.;99(4):648-56 (2013)
Kötter S, Gout L, von Frieling-Salewsky M, Müller AE, Helling S, Marcus K, dos Remedios C, Linke WA, Krüger M
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Acute exercise modifies titin phosphorylation and increases cardiac myofilament stiffness. Front. Physiol.
Müller AE, Kreiner M, Kötter S, Lassak P, Bloch W, Suhr F and Krüger M
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Titin – central player in hypertrophic signaling and sarcomeric protein quality control. Biol. Chem. 395(11): 1341–1352 (2014)
Kötter S, Andresen C, Krüger M
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Posttranslational modification of the titin springs – Dynamic adaptation of passive sarcomere stiffness. Cardiac Cytoarchitecture - How to Maintain a Working Heart. ISBN: 978-3-319-15262-2 (Print) 978-3-319-15263-9 (Online) Springer Verlag (2015)
Krüger M
