In vivo Evaluation der kardialen Funktionen von SPRED-Proteinen

• Antragsteller: Professor Dr. Kai Schuh
• Fachliche Zuordnung: Anatomie und Physiologie ; Kardiologie, Angiologie
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 247435065

SPREDs (Sprouty-related proteins with an EVH1 domain) sind Inhibitoren des Ras/ERK-MAPK-Signalwegs und im Herzen exprimiert. Zur Untersuchung physiologischer Funktionen generierten wir globale SPRED2 knockout (KO)-Mäuse und begannen konditionale herzspezifische KO-Mauslinien zu etablieren, in denen wir systematisch die Herzfunktion untersuchen. Globale SPRED2 KO Mäuse zeigen ein erhöhtes Herzgewicht/Körpergewicht-Verhältnis und ein reduziertes Überleben. Echokardiographische Messungen ergaben erhöhte Wandstärken und entsprechend verringerte innere Durchmesser des linken Ventrikels. Hämodynamische Studien zeigten ein erhöhtes Schlagvolumen, eine erhöhte Ejektionsfraktion, eine erhöhte Druckanstiegsgeschwindigkeit und damit auch eine Steigerung der Herzleistung und des kardialen Index der SPRED2 KO Herzen. In Übereinstimmung mit dem erhöhten Herzzeitvolumen zeigten hochauflösende EKGs eine erhöhte basale Herzfrequenz, gekennzeichnet durch ein verkürztes TP-Segment, welches durch vorzeitige Depolarisation der Schrittmacher-Zellen verursacht wird. Die daraus resultierende positive chronotrope Wirkung scheint nicht förderlich, da die EKG-Aufzeichnungen auch Formen von spontanen Arrhythmien, z.B. AV-Blöcke und Extrasystolen zeigten. Elektrophysiologische Untersuchungen provozierten Arrhythmien und zunehmende Stimulationsfrequenzen erzeugten Vorhofflimmern in SPRED2 KO Mäusen. Die Untersuchungen offenbarten eine beeinträchtigte Sinusknotenfunktion bei längeren Sinusknoten-Erholungs-Zeiten in globalen SPRED2 KOs. Western-Blot-Analysen bestätigten einen aktivierten Ras/ERK-MAPK Signalweg, bedingt durch fehlende SPRED-vermittelte Hemmung in SPRED2 KO Herzen. Außerdem konnte eine kompensatorische Hochregulation des verwandten SPRED1 in den globalen KOs ausgeschlossen werden. Diese Ergebnisse bestätigen die wichtige Rolle von SPREDs im Herzen und ihre Funktion als Ras-Inhibitoren in der Entwicklung einer Herzhypertrophie und bei der Erhaltung der myokardialen Erregbarkeit. In diesem Projekt wollen wir die zugrunde liegenden molekularen Mechanismen unter Benutzung einer herzspezifischen SPRED1 bzw. SPRED2 Gendeletion aufklären. Diese Modelle ermöglichen es uns, sowohl die spezifischen und unterschiedlichen kardialen Funktionen der verschiedenen SPRED Isoformen zu untersuchen und darüber hinaus werden wir in der Lage sein, zu überprüfen ob es eine mögliche mechanistische Kompensation der SPRED2-Defizienz durch SPRED1 gibt. An den herzspezifischen KO Mäusen wird die funktionelle Analyse der Herzleistung durch invasive Hämodynamik, hochauflösende Langzeit-EKG-Aufnahmen in wachen Mäusen, elektrophysiologische Untersuchungen durch intrakardiale Stimulation, Echokardiographie, nicht-invasive Blutdruckmessungen, pathologische Analysen von kardialen Schnitten (Kardiomyozytendurchmesser, Fibrose) und biochemischer Charakterisierung der typischen Marker von Herzhypertrophie und Herzinsuffizienz durchgeführt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen