Phosphatase-Inhibitor-1 Inaktivierung in der Herzinsuffizienz
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Projekt hatte drei Hauptziele: a) Gentherapeutische Modulation der I-1 Expression und/oder Aktivität in Herzmuskelzellen in vivo; b) Funktionelle Konsequenz einer I-1 Aktivitätsbeeinflussung in einem Mausmodell der Herzinsuffizienz; c) Vergleich der Wirksamkeit einer I-1 Gentherapie mit einer konventionellen beta-Blocker Therapie in der Herzinsuffizienz. Ziel a) wurde dabei durch die Generierung drei verschiedener AAV9 basierter I-1 Expressions-/aktivitätsregulierter Mausgruppen erreicht. Hierbei erfolgte zum einen ein shRNA-vermittelter I-1 Gen- Knockdown, ein anti-I-1-Peptid vermittelter I-1 Aktivitäts-Knockdown, sowie eine hTnnT2-vermittelte Überexpression. Die Erfolge der I-1 Expressionsmodulation konnte über qRT-PCR und Western Blot, die Erfolge der Modulation der Aktivität durch Phosphorylierungsanalysen an Phospholamban, einem der Hauptzielproteine von I-1, verifiziert werden. Ziel b) wurde durch Verwendung eines AAV9 I-1 Knockdowns und eines I-1 Überexpressions- Mausmodells in verschiedenen Herzinsuffizienzmodellen (Transversal Aortic Constriction – TAC, mdx – Dystrophin-Mutation) erreicht. Überraschenderweise und entgegen der bisherigen Erkenntnisse aus verschiedenen I-1 transgenen und knock-out Mausmodellen konnte weder eine I-1 Expressionsreduktion noch eine gemäßigte I-1 Überexpression zu einem verbesserten Phänotyp in den verwendeten Herzinsuffizienzmodellen führen. Daher wurde das Konzept zum Erreichen des letzten Projektziels c), welcher einen Vergleich der Verbesserung der Herzinsuffizienzprogression durch Beta-Blocker Therapie mit Metoprolol vorsage in eine detaillierte mechanistische Untersuchung eines möglichen PKA/CamKII Crosstalks durch chronische Beta-Blocker Gabe angepasst. Das neu formulierte Ziel c) konnte zum Einen durch intensive Analyse von humanen Ventrikellysaten aus Patienten mit oder ohne terminaler Herzinsuffizienz, die entweder Beta-Blocker oder keine Beta-Blocker erhielten, zum anderen mittels einer chronischen oralen Metoprolol-Gabe im Mausmodell erreicht werden. Hierbei zeigte sich weder eine Beeinflussung der eigentlichen CamKII-Expression, Phosphorylierung oder Aktivität noch eine Veränderung der Phosphorylierung des prototypischen CamKII Zielproteins Phospholamban an Position Threonin 17. In einem weiteren Mausmodell mit herzspezifischer CamKIIdeltaC Überexpression führte die Gabe von Metoprolol jedoch zu einer signifikant verlängerten Lebensdauer, welche auf eine möglicherweise indirektere Form des PKA/CamKII Crosstalks hinweist, die es zukünftig zu erforschen gilt. Wir denken, dass somit die Wirkungsweise von Beta-Blockern noch besser verstanden und die Zielgruppe für diese Form der Therapie im Vorfeld einer Behandlung noch besser definiert werden kann.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Enhanced ca(2)+ influx through cardiac l-type ca(2)+ channels maintains the systolic ca(2)+ transient in early cardiac atrophy induced by mechanical unloading. Pflugers Arch. 2013;465:1763-1773
Schwoerer AP, Neef S, Broichhausen I, Jacubeit J, Tiburcy M, Wagner M, Biermann D, Didie M, Vettel C, Maier LS, Zimmermann WH, Carrier L, Eschenhagen T, Volk T, El-Armouche A, Ehmke H
(Siehe online unter https://doi.org/10.1007/s00424-013-1316-y) - Function and regulation of serine/threonine phosphatases in the healthy and diseased heart. J Mol Cell Cardiol. 2013;64:90-98
Heijman J, Dewenter M, El-Armouche A, Dobrev D
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.yjmcc.2013.09.006) - Phosphodiesterase-2 is up-regulated in human failing hearts and blunts beta-adrenergic responses in cardiomyocytes. J Am Coll Cardiol. 2013;62:1596-1606
Mehel H, Emons J, Vettel C, Wittkopper K, Seppelt D, Dewenter M, Lutz S, Sossalla S, Maier LS, Lechene P, Leroy J, Lefebvre F, Varin A, Eschenhagen T, Nattel S, Dobrev D, Zimmermann WH, Nikolaev VO, Vandecasteele G, Fischmeister R, El-Armouche A
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.jacc.2013.05.057) - Preservation of left ventricular function and morphology in volume-loaded versus volume-unloaded heterotopic heart transplants. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 2013;305:H533-541
Didie M, Biermann D, Buchert R, Hess A, Wittkopper K, Christalla P, Doker S, Jebran F, Schondube F, Reichenspurner H, El-Armouche A, Zimmermann WH
(Siehe online unter https://doi.org/10.1152/ajpheart.00218.2013) - Paradoxical effects on force generation after efficient beta1- adrenoceptor knockdown in reconstituted heart tissue. J Pharmacol Exp Ther. 2014;349:39-46
Neuber C, Muller OJ, Hansen FC, Eder A, Witten A, Ruhle F, Stoll M, Katus HA, Eschenhagen T, El-Armouche A
(Siehe online unter https://doi.org/10.1124/jpet.113.210898) - Pde2-mediated camp hydrolysis accelerates cardiac fibroblast to myofibroblast conversion and is antagonized by exogenous activation of cgmp signaling pathways. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 2014;306:H1246-1252
Vettel C, Lammle S, Ewens S, Cervirgen C, Emons J, Ongherth A, Dewenter M, Lindner D, Westermann D, Nikolaev VO, Lutz S, Zimmermann WH, El-Armouche A
(Siehe online unter https://doi.org/10.1152/ajpheart.00852.2013) - The janus face of bnp therapy in chronic heart failure: Beneficial effects unmasked by beta blockers? Heart. 2014;100:819-820
Dewenter M, Vettel C, El-Armouche A
(Siehe online unter https://doi.org/10.1136/heartjnl-2014-305503) - Counteracting protein kinase activity in the heart: The multiple roles of protein phosphatases. Front Pharmacol. 2015;6:270
Weber S, Meyer-Roxlau S, Wagner M, Dobrev D, El-Armouche A
(Siehe online unter https://doi.org/10.3389/fphar.2015.00270) - Development of phosphatase inhibitor-1 peptides acting as indirect activators of phosphatase 1. Naunyn Schmiedebergs Arch Pharmacol. 2015;388:283-293
Sotoud H, Borgmeyer U, Schulze C, El-Armouche A, Eschenhagen T
(Siehe online unter https://doi.org/10.1007/s00210-014-1065-2)
