The role of FK506-binding proteins (FKBPs) in myocardial calcium-cycling
Final Report Abstract
Die Herzmuskelkontraktion wird durch zyklische Kalziumfreisetzung aus dem intrazellulären Kalziumspeicher, dem sarkoplasmatischen Retikulum (SR) und der Kalzium wiederaufiiahme in das SR gesteuert. Der Kalziumfreisetzungskanal des SR (Ryanodin-Rezeptor, RyR) ist mit FK506-bindenden Proteinen (FKBPs) assoziiert, die dessen Aktivität regulieren. Während die für eine koordinierte Funktion des RyR im Skelettmuskel essentielle Rolle von FKBP 12 gut belegt ist, herrscht Unklarheit über die Funktion der homologen Proteine FKBP12.6 und FKBP12 im Herzmuskel. Die Bedeutung der Isoformen für die Entstehung von Arrhythmien und Herzinsuffizienz wurde mittels proteinbiochemischer Methoden (Immunpräzipitation, pull-down Assays sowie durch adenovirale Überexpression der Isoformen in verschiedenen Spezies vergleichend untersucht. Wir konnten zeigen, dass lediglich im Hund, dem Organismus, in dem die bisherigen Arbeiten zur Klämng der Bedeutung von FKBP Isoformen für den kardialen RyR stammen, eine klare Bindungspräferenz des RyR für FKBP12.6 besteht, in zahlreichen anderen Organismen (inkl. Maus und Mensch) jedoch FKBP12.0 ebenfalls binden kann. Dies lässt die Möglichkeit zu, dass pathophysiologische RyR veränderungen der FKBP 12.0 knock-out Maus nicht nur indirekt durch FKBP 12.6, sondern direkt durch FKBP 12.0 Interaktion mit dem kardialen RyR erklärbar sind und stellt die Rolle von FKBP12.0 vermittelten Entwicklungsfehlbildungen in diesem Modell in Zusammenhang zu RyR Fehlfunktionen her. Eine weitere Kontroverse stellt die Bedeutung der PKA vermittelten Hyperphosphoryliemng des RyR für die Entsehung einer Herzinsuffizienz dar. Durch Erzeugung der FKBP12.6D37S transgenen maus, welche eine PKA resistente FKBP Bindung an den RyR erzeugt, konnten wir zeigen, dass sich zwar typische pathologische Veränderungen des Ca Stoffwechsels durch FKBP Bindung an den RyR verbessern, dies aber nicht genügt die Entstehung oder Ausprägung einer Herzinsuffizienz in zwei unabhängigen Maus-Modellen zu vermindern. Damit zeigen wir, dass die Relevanz von FKBP und PKA abhängiger FKBP Bindung in der Herzinsuffizienz kritisch bewertet werden muss. Demgegenüber scheint die Bedeutung für Arrythmieentstehung weiterhin relevant und soll Gegenstand weiterer Forschungsaktivität sein. Untersuchungen an Herzmuskeltrabekeln aus menschlichen explantierten Herzen wurden mit der Substanz JTV519 durchgeführt, von der kürzlich gezeigt wurde, dass sie die FKBP-RyR Bindung erhöht. Daneben wirkt die Substanz auf weitere lonenkanäle und direkt auf den RyR. Das gegenwärtig als hoch einzuschätzende therapeutische Potential beruht auf einer Verminderung des SR-Ca2+ Leaks und weiterer Ca-Transportmechanismen. In humanen Herzmuskel Präparaten konnten wir positive Effekte von JTV auf Ca-abhängig regulierte kontraktile Eigenschaften nachweisen. Allerdings zeigt sich bei höheren, nicht aber niedrigen Konzentrationen ein negativ inotroper Effekt, so dass hinsichtlich der Sicherheit der Anwendung am menschlichen Organismus neue Informationen hinzugewonnen wurden. Die Bedeutung von Calcineurin für die Regulation des RyR wird mittels einer speziellen FKBP Mutante derzeit noch untersucht. Erste Ergebnisse sprechen für eine Bedeutung der Phosphatase am RyR. Die Regulation des RyR durch das RyR-assoziierte Protein Sorcin wurde mit Hilfe eines Adenovims, welches mittels siRNA zu einem knock-down von Sorcin führt, weiter charakterisiert. Es stellt sich eine Verzögemng der Inhibition des L-Typ Ca Kanalstroms durch Sorcin dar. Diese Ergebnisse erweitern das Verständnis zu Sorcin, welches sehr ausgeprägte, aber noch unzureichend verstandene Effekte auf den kardialen Ca Haushalt aufweist.
Publications
- Over-expression of FK506-binding protein FKBP12.6 alters excitation-contraction coupling in adult rabbit cardiomyocytes. J Physiol. 2004 May 1;556(Pt 3):919-34. Epub 2004 Feb 13
Loughrey CM, Seidler T, Miller SL, Prestle J, MacEachern KE, Reynolds DF, Hasenfuss G, Smith GL
- Overexpression of FK-506 binding protein 12.0 modulates excitation contraction coupling in adult rabbit ventricular cardiomyocytes. Circ Res. 2007 Nov 9;101(10):1020-9
Seidler T, Loughrey CM, Zibrova D, Kettlewell S, Teucher N, Kögler H, Hasenfuss G, Smith GL
- Targeting altered calcium physiology in the heart: translational approaches to excitation, contraction, and transcription. Physiology (Bethesda). 2007 Oct;22:328-34
Seidler T, Hasenfuss G, Maier LS
- Complex modulation of L-type Ca(2+) current inactivation by sorcin in isolated rabbit cardiomyocytes. Pflugers Arch. 2008 Sep 2
Fowler MR, Colotti G, Chiancone E, Higuchi Y, Seidler T, Smith GL
- K201 modulates excitation-contraction coupling and spontaneous Ca2+ release in normal adult rabbit ventricular cardiomyocytes. Cardiovasc Res. 2007 Nov 1;76(2):236-46
Loughrey CM, Otani N, Seidler T, Craig MA, Matsuda R, Kaneko N, Smith GL
- K201 reduces the Ca2+leak of the sarcoplasmic reticulum and improves contractile performance in human failing myocardium
K Toischer, SE Lehnart, G Tenderich, H Milting, R Körfer, JD Schmitto; FA Schoendube, Noboru Kaneko, CM Loughrey, Godfrey L. Smith, G Hasenfuss, T Seidler
