Konfokales Laserscanning-Mikroskop
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Kontraktion und Relaxation des Myokards werden wesentlich durch die freie Calciumionen-Konzentration des Cytosols bedingt. Calciumionen (Ca2+) werden zu Beginn der Kontraktion aus dem sarkoplasmatischen Retikulum freigesetzt und zu Beginn der Relaxation wieder in das sarkoplasmatische Retikulum (SR) durch eine SR-Ca2+-ATPase (SERCA) gepumpt. Im SR wird Ca2+ vor allem von Calsequestrin gespeichert. Die Freisetzung von Ca2+ aus dem SR erfolgt über einen Ca2+-Freisetzungskanal (Ryanodin-Rezeptor), der unter anderem über die Proteine Junctin und Triadin reguliert werden kann. Im Rahmen eines abgeschlossenen Projektes hat unsere Arbeitsgruppe Adenoviren hergestellt, die Calsequestrin, Junctin oder Triadin exprimieren. Hierbei wurden neonatale und adulte Kardiomyozyten mit diesen Viren infiziert, die Zeit und Virustiter-Abhängigkeit der Proteinüberexpression untersucht sowie funktionelle Auswirkungen derselben auf Ca2+-Homöostase und Kontraktilität bestimmt. Zur Untersuchung der Ca2+-Homöostase mit Hilfe des konfokalen Laserscanning-Mikroskops wurden die Ca2+-Transienten gemessen und der Ca2+-Gehalt des SR abgeschätzt, indem die Kardiomyozyten mit 10 mM Coffein behandelt und darunter die Ca2+-Transienten gemessen wurden. In einem aktuellen Projekt werden die Herzen von Mäusen, welche das Ca2+-Speicherprotein Calsequestrin nicht mehr (Knockout) exprimieren näher untersucht, um damit die Bedeutung von Calsequestrin für die Kontraktilität besser zu verstehen. Calsequestrin-Knockout-Mäuse sind lebensfähig und zeigen unter basalen Bedingungen eine normale Ca2+-Freisetzung aus dem SR und eine normale kardiale Kontraktilität. In vivo allerdings konnten unter Streß Arrhythmien beobachtet werden, wie sie auch bei Menschen mit Nullmutationen im Calsequestrin-Gen auftreten. Zur weitergehenden Untersuchung der Ca2+-Homöostase wird das konfokale Laserscanning-Mikroskop eingesetzt. In einem weiteren Projekt wird die Bedeutung des Serotonins für das Herz näher untersucht. Hier soll in einem neuen transgenen Mausmodell mit herzspezifischer Überexpression des menschlichen Serotoninrezeptors Typ 4a (5-HT4a) der Bedeutung eines wichtigen menschlichen Serotonin-Rezeptors nachgegangen werden. Man vermutet, dieser 5HT4-Rezeptor sei entscheidend für Kraftentwicklung und die Arrhythmogenese im menschlichen Herzen. Alle cAMP-erhöhenden Substanzen, so auch Serotonin, bewirken am Herzen nur dann positiv inotrope Effekte, wenn sie den zytosolischen Ca2+-Spiegel erhöhen, den wir deshalb im Rahmen dieses Projektes messen werden. Kardiomyozyten aus dem Ventrikel von Wildtyp und transgenen Mäusen werden mit geeigneten Ca2+-sensitiven Fluoreszenzfarbstoffen beladen und die Ca2+-Homöostase mit Hilfe des konfokalen Laserscanning-Mikroskops näher untersucht.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Sarcoplasmic reticulum Ca2+ release in neonatal rat cardiac myocytes. J Mol Cell Cardiol (2011) 51: 682-688
Gergs U, Kirchhefer U, Buskase J, Kiele-Dunsche K, Buchwalow IB, Jones LR, Schmitz W, Traub O, Neumann J
