Charakterisierung der kardialen Funktion des Stressproteins alpha-B-Crystallin am isolierten Papillarmuskel der Maus

Characterisation of the cardiac function of the stress protein alpha-B-Crystallin in isolated murine papillary muscles

Please always quote using this URN: urn:nbn:de:bvb:20-opus-11984
  • Eine familiäre Myopathie und Kardiomyopathie, der eine Missense-Mutation des alpha-B-Crystallin-Gens zugrunde liegt, weist auf eine wichtige Bedeutung des Stressproteins alpha-B-Crystallin im Herzen hin. Die chaperone-ähnlichen Eigenschaften von alpha-B-Crystallin und die unter kardialer Ischämie zu beobachtende schnelle Translokation vom Zytosol an das elastische Titin-Filamentsystem lassen eine protektive Rolle von alpha-B-Crystallin unter Stressbedingungen vermuten. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, eine eventuelle kardioprotektiveEine familiäre Myopathie und Kardiomyopathie, der eine Missense-Mutation des alpha-B-Crystallin-Gens zugrunde liegt, weist auf eine wichtige Bedeutung des Stressproteins alpha-B-Crystallin im Herzen hin. Die chaperone-ähnlichen Eigenschaften von alpha-B-Crystallin und die unter kardialer Ischämie zu beobachtende schnelle Translokation vom Zytosol an das elastische Titin-Filamentsystem lassen eine protektive Rolle von alpha-B-Crystallin unter Stressbedingungen vermuten. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, eine eventuelle kardioprotektive Funktion von alphaB-Crystallin durch die Charakterisierung alpha-B-Crystallin gendeletierter Mäuse nachzuweisen. Wir etablierten hierfür ein Versuchssystem zur Untersuchung der Kontraktilität isolierter Papillarmuskeln im Organbad. Im Rahmen des Aufbaus unseres Versuchssystems untersuchten wir zunächst den Einfluss der Ca2+-Konzentration, der Temperatur und der Kontraktionsbedingungen (Auxotonie vs. Isometrie) auf die Kraft-Frequenz-Beziehung von murinem Myokard. Wir konnten zeigen, dass die Kraft-Frequenz-Beziehung von Myokardpräparaten der Maus von den genannten Versuchsbedingungen abhängig ist. Bei niedrigen Ca2+-Konzentrationen und Temperaturen ([Ca2+] = 1,0 mM, Temp. = 27 °C) ist sie positiv, flacht bei zunehmender Ca2+-Konzentration und Temperatur ab und ist für [Ca2+] = 5,0 mM, Temp. = 37 °C negativ. Auxotone Kontraktionsbedingungen führen im Vergleich zu isometrischen bei gleichen Ca2+-Konzentrationen und Temperaturen zu einem flacheren Verlauf der Kraft-Frequenz-Beziehung. Unter annähernd physiologischen Bedingungen verläuft die Kraft-Frequenz-Beziehung des Mäuse-Myokards flach bis leicht positiv. Im Gegensatz zum Menschen scheinen somit bei der Maus für eine Steigerung des Herz-Zeit-Volumens andere Mechanismen als eine positive Kraft-Frequenz-Beziehung von Bedeutung zu sein. Hierbei ist insbesondere der Frank-Starling-Mechanismus und die sympathoadrenerge Innervation des Herzens zu erwähnen. Zur Charakterisierung der kardialen Funktion von alphaB-Crystallin untersuchten wir die Kontraktilität isolierter Papillarmuskeln von Wildtyp- und alpha-B-Crystallin gendeletierten Mäusen unter simulierter Ischämie (Glucose- und Sauerstoffentzug) und Reperfusion im Organbad. Unter Kontrollbedingungen zeigten sich zwischen wt- und alpha-B-/- Muskeln keine Unterschiede in der Zuckungskraft, der Geschwindigkeit der Kraftentwicklung und der Relaxationszeit. Die während der 20-minütigen simulierten Ischämie entwickelte Kontraktur setzte jedoch bei den alpha-B-/- Muskeln signifikant früher ein und verlief signifikant stärker als bei wt-Muskeln. Nach einer 60-minütigen Reperfusionsphase blieb die Kontraktur der alpha-B-/- Muskeln im Vergleich zu wt-Muskeln signifikant erhöht. Bezüglich Zuckungskraft, Geschwindigkeit der Kraftentwicklung und Relaxationszeit zeigten sich weder während noch nach simulierter Ischämie deutliche Unterschiede zwischen den Muskeln beider Mäusestämme. Diese Ergebnisse lassen darauf schließen, dass das Fehlen von alpha-B-Crystallin am Gesamtherz nicht zu einer Störung der systolischen Herzfunktion, sondern zu einer eingeschränkten myokardialen Relaxationsfähigkeit unter Ischämie und Reperfusion führen würde. Da alpha-B-Crystallin unter kardialer Ischämie an das elastische Titin-Filamentsystem bindet, könnten die elastischen Eigenschaften des Myokards unter Ischämie durch einen Mangel an alpha-B-Crystallin derart beeinträchtigt werden, dass es zu einer höheren Rigidität der Muskulatur kommt. Eine Funktion von alpha-B-Crystallin im Herzen ist somit möglicherweise die Aufrechterhaltung der elastischen Eigenschaften des Myokards unter kardialer Ischämie und Reperfusion.show moreshow less
  • Missense mutations of the alpha-B-Crystallin gene have been shown to cause familial myopathy and cardiomyopathy suggesting an important role of the stress protein alpha-B-Crystallin in cardiac function. The aim of this study was to investigate if alpha-B-Crystallin may play a cardioprotective role during cardiac ischemia/reperfusion using alpha-B-Crystallin-deficient (alpha-B-/-) mice. For this purpose we established an ischemia/reperfusion model of isolated perfused murine papillary muscles and first investigated the influence of Ca2+,Missense mutations of the alpha-B-Crystallin gene have been shown to cause familial myopathy and cardiomyopathy suggesting an important role of the stress protein alpha-B-Crystallin in cardiac function. The aim of this study was to investigate if alpha-B-Crystallin may play a cardioprotective role during cardiac ischemia/reperfusion using alpha-B-Crystallin-deficient (alpha-B-/-) mice. For this purpose we established an ischemia/reperfusion model of isolated perfused murine papillary muscles and first investigated the influence of Ca2+, temperature and contraction type (auxotonic vs. isometric) on the force-frequency-relation (FFR) of murine myocardium defining optimal experimental conditions for isolated murine papillary muscle preparations. Under isometric conditions low Ca2+ (1.0 mM) and low temperature (27°C) lead to a positive FFR, while at high Ca2+ and temperature (5,0 mM, 37°C) the FFR turned negative. Auxotonic contractions resulted in flattening of the FFR compared to isometric concentrations. Thus, under conditions mimicking the physiological situation best ([Ca2+] = 1,5 mM, 32°C, auxotony) the FFR of murine heart is flat indicating that in contrast to the human heart in the mouse heart in vivo a positive inotropic effect by increasing heart frequency does not contribute significantly to increase cardiac output. To characterise cardiac function of alpha-B-Crystallin papillary muscles from alpha-B-/- and wildtype mice were exposed to 20 min of simulated ischemia (withdrawal of glucose and oxygen) and 60 min of reperfusion. Under physiological conditions no differences in contractility of alpha-B-/- and wildtype mice were observed. However, during simulated ischemia the development of ischemic contracture started earlier and reached a significant higher value in alpha-B-/- than in wildtype muscles. The recovery of the contracture during simulated reperfusion was also significantly attenuated. Interestingly, twitch force was neither during ischemia nor during the reperfusion period significantly altered. This suggests that during ischemia alpha-B-Crystallin may rather serve to protect cardiac relaxation (diastolic function) than contraction itself. The molecular mechanisms underlying this pronounced pathological behaviour remain to be determined. Since alpha-B-Crystallin is known to bind to the elastic titin filament system during ischemia we propose that increased ischemia-induced cardiac muscle stiffness in alpha-B-/- mice result from reduced elastic properties of titin in the absence of alpha-B-Crystallin. Thus, one possible function of alpha-B-Crystallin in the heart might be to preserve myofibrillar elastic properties during ischemia/reperfusion.show moreshow less

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Metadaten
Author: Andreas Redel
URN:urn:nbn:de:bvb:20-opus-11984
Document Type:Doctoral Thesis
Granting Institution:Universität Würzburg, Medizinische Fakultät
Faculties:Medizinische Fakultät / Institut für Anatomie und Zellbiologie
Date of final exam:2005/02/09
Language:German
Year of Completion:2004
Dewey Decimal Classification:6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 61 Medizin und Gesundheit / 610 Medizin und Gesundheit
Tag:Hitzeschockprotein; Ischämie-Reperfusions-Schaden; Kraft-Frequenz-Beziehung; Präkonditionierung; alpha-B-Crystallin
alpha-B-Crystallin; force frequency relationship; heat shock protein; ischemia reperfusion injury; preconditioning
Release Date:2005/02/18
Advisor:Prof. Dr. Detlev Drenckhahn