Verteilung und Funktion der Carboanhydratase-Isoenzyme III, IV und XIV im Skelett- und Herzmuskel

• Antragstellerin: Privatdozentin Dr. Petra Wetzel
• Fachliche Zuordnung: Anatomie und Physiologie
• Förderung: Förderung von 2004 bis 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5441000

• Erstellungsjahr: 2009

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Die Expression der membranständigen Carboanhydrase (CA) IV im Herz- und Skelettmuskel ist bekannt. Dieses Projekt konnte den Nachweis von zwei weiteren membrangebundenen CAn in diesen Geweben erbringen, von der CA IX und der CA XIV. Immunhistochemische Untersuchungen am Konfokalen Laser Scanning Mikroskop zeigten die Lokalisation der CA IV und der CA XIV in der Plasmamembran (PM) von Kardiomyozyten und Skelettmuskelfasem auf Die CA IX wird im Bereich der tiefer gelegenen Triaden exprimiert. Die CA XIV wird neben ihrer Lokalisation in der PM noch in der Membran des longitudinalen sarkoplasmatischen Retikulum (SR) exprimiert. Innerhalb der SR-Membran findet sich die CA IV sowohl im terminalen als auch im longitudinalen SR. Milchsäure- Transportstudien wurden an einzelnen Skelettmuskelfasem des schnell-kontrahierenden EDLMuskels von CA IV ko-, CA DC ko- und CA XIV ko-Mäusen mit Hilfe von pHMikroelektroden durchgeführt. Das Fehlen der CA IX im Bereich der Triaden und das der CA XIV m der PM führte zu einer Abnahme der Milchsäure-Transportrate um jeweils 50%. Dies galt sowohl für den Einstrom von Milchsäure in die Muskelzelle als auch für den Ausstrom. Das Fehlen der CA IV hatte keinen signifikanten Einfluss aufdie Kinetik des Milchsäure- Transportes. Um die Funktion der CAn, die mit der SR-Membran assoziiert sind, zu untersuchen, wurden isometrische Einzelzuckungen und Tetani sowie das Ermüdungsverhalten an Muskelfaserbündeln vom EDL-Muskel und vom langsamkontrahierenden Soleus-Muskel aus CA IV ko-, CA DC ko- und CA XIV ko-Mäusen studiert. Die Kontraktionseigenschaften dieser CA single-ko Muskelfasem unterschieden sich aber nicht von denen der Wildtyp-Kontrollmuskelfasem. Dieser Befund zeigt, dass der Ausfall eines CA-Isoenzyms nicht ausreicht, um die Funktion des SR nennenswert zu beeinträchtigen. Dies tritt vielleicht erst beim Ausfall aller drei CAn ein. Untersuchungen zur möglichen Funktion der zytoplasmafischen CA III in den langsam-oxidativen Soleusfasem von CA III ko-Mäusen ergaben Hinweise, dass die CA III als Antioxidanz die Muskelfasem vor oxidativem Stress schützt.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• G. Kim, T.-H. Lee, P. Wetzel, C. Geers, M. A. Robinson, T. G. Myers, J. W. Owens, N. B. Wehr, M. W. Eckhaus, G. Gros, A. Wynshaw-Boris and R. L. Levine (2004). Carbonic anhydrase 111 is not required in the mouse for nonnal growth, development, and life span. Mol Cell. Biol. 24,9942-9947.
  
  
• Karsten Mundhenk, Dr. med., November 2008 "Kontraktionsmessungen an isolierten Muskelfaserbündeln von Carboanhydrase IV und IX knockout Mäusen - Untersuchungen zur möglichen Funktion einer an die Membran des Sarkoplasmatischen Retikulums assoziierten Carboanhydrase"
  
  
• Nils Reupke, Dr. vet. med., Mai 2007 "Untersuchungen zur möglichen Funktion der zytosolischen Carboanhydrase III in oxidativen, langsam kontrahierenden Muskelfasern der Maus"
  
  
• P. Wetzel, C. Geers, W. Zingel, J. Meissner, H. P. Kubis, G. Kim, R. L. Levine and G. Gros (2004). The role of muscle carbonic anhydrase III in metabolism and fatigue. J. Enzyme Inhib. Med. Chem. 19,199-291.
  
  
• P. Wetzel, J. Hallerdei, A. Waheed, W. S. Sly, G. Gros, and R. J. Scheibe (2007). Carbonic anhydrases IV, IX, and XIV ofthe sarcoplasmic reticulum from mouse skeletal muscle fibers. Acta Physiol 189, Suppl. 653, 013-4.
  
  
• P. Wetzel, J. Hallerdei. R. J. Scheibe, and G. Gros (2008). Lactate transport in skeletal muscle fibres of carbonic anhydrase IV, IX or XIV knockout mice. Acta Physiol 192, SuppL 663, S05-2.
  
  
• P. Wetzel, R. J. Scheibe, B. Helhnann, J. Hallerdei, G. N. Shah, A. Waheed, G. Gros, and W.S. Sly(2007). Carbonic anhydrase XIV in skeletal muscle - subcellular localization and function from wild-type and knockout mice. Am. J. Physiol. Cell. Physiol. 293, C358-C366.
  
  
• P. Wetzel. W. S. Sly, G. Gros and R. J. Scheibe (2005). Membrane-bound carbonic anhydrases IV and XIV in mouse heart. Pflügers Arch. 439, SuppLNo.6,P35-8.
  
  
• R. J. Scheibe, G. Gros, S. Parkkila, A. Waheed, J. H. Grubb, G. N. Shah, W. S. Sly, and P. W^etzel (2006). Expression of membrane-bound carbonic anhydrases IV, IX, and XIV in the mouse heart, y. Histochem. Cytochem. 54,1379-1391.
  
  
• R. J. Scheibe, K. Mundhenk, T. Becker, J. Hallerdei, G. N. Shah, A. Waheed, G. Gros, W. S. Sly. and P. Wetzel (2008). Carbonic anhydrases IV and IX - their subcellular localization and functional role in mouse skeletal muscle. Am. J. Physiol. Cell. Physiol. 294, C402-C412.