Tobias Rother

• Die Plasmamembran Kalzium-ATPase (PMCA) ist ein in den meisten eukaryontischen Zellen exprimiertes Enzym. Sie katalysiert den Transport von Kalziumionen aus der Zelle und besitzt gegenüber Kalzium eine hohe Affinität jedoch geringe Transportkapazität. Trotz der guten biochemischen Charakterisierung der Pumpe ist ihre Funktion in Zellen wie Kardiomyozyten, die zusätzlich über andere Kalzium-Transportsysteme wie den Natrium/Kalzium-Austauscher verfügen, weiterhin unklar. Erste Ergebnisse aus dem eigenen Labor an PMCA-überexprimierendenDie Plasmamembran Kalzium-ATPase (PMCA) ist ein in den meisten eukaryontischen Zellen exprimiertes Enzym. Sie katalysiert den Transport von Kalziumionen aus der Zelle und besitzt gegenüber Kalzium eine hohe Affinität jedoch geringe Transportkapazität. Trotz der guten biochemischen Charakterisierung der Pumpe ist ihre Funktion in Zellen wie Kardiomyozyten, die zusätzlich über andere Kalzium-Transportsysteme wie den Natrium/Kalzium-Austauscher verfügen, weiterhin unklar. Erste Ergebnisse aus dem eigenen Labor an PMCA-überexprimierenden L6-Myoblasten zeigten einen Einfluss des Enzyms auf deren Wachstum und Differenzierung. Um diese Erkenntnisse auf den Herzmuskel zu übertragen war im Vorfeld ein transgenes Rattenmodel generiert worden, welches die hPMCA4CI unter einem myokardspezifischen Promotor überexprimierte. Dieses Modell stand für die vorliegende Arbeit zur weiteren Charakterisierung zur Verfügung. Untersucht wurde zunächst das Wachstumsverhalten von Primärkulturen neonataler Kardiomyozyten unter Stimulation mit fetalem Kälberserum, Noradrenalin und dem Platelet Derived Growth Factor BB, jeweils im Vergleich zwischen transgenen und Wildtyp-Kardiomyozyten. Dabei zeigte sich ein beschleunigtes Wachstum der PMCA-überexprimierenden Zellen. In einem zweiten Ansatz wurden Untersuchungen angestellt, um die subzelluläre Lokalisation der PMCA innerhalb der Herzmuskelzelle aufzudecken. Dabei wurden im Speziellen die Caveolae als Ort der möglichen Lokalisation untersucht, kleine, ca. 50-100 nm große Einstülpungen der Plasmamembran, mit charakteristischer Lipid- und Proteinzusammensetzung, darunter auch viele Rezeptoren und Signaltransduktionsmoleküle. Insgesamt konnte mit den Methoden der Detergenzextraktion, Doppelimmunfluoreszenz, Präparation Caveolae-reicher Membranen und Immunpräzipitation gezeigt werden, dass die PMCA zu einem großen Teil in Caveolae lokalisiert ist. Zusätzlich konnte in der Immunpräzipitation eine Interaktion der PMCA mit dem Caveolae-assoziierten Zytoskelettprotein Dystrophin dargestellt werden. Zusammenfassend deuten die Ergebnisse darauf hin, dass die PMCA über eine Steuerung der lokalen Kalziumkonzentration im Bereich der Caveolae modulierend in wachstumsregulierende Signaltransduktionswege von Kardiomyozyten eingreifen kann.…
• The plasma membrane calcium ATPase (PMCA) is an enzyme expressed in most eucariotic cells. It catalyses the transport of calcium ions out of the cell and has a high calcium affinity but only a low transportation capacity. Despite the good biochemical characterization of the pump, its function remains unclear in cells like cardiomyocytes that have other calcium transporting systems like the sodium-calcium-exchanger. First results from the own laboratory examining PMCA overexpressing L6-myoblasts showed an influence of the enzyme on cellularThe plasma membrane calcium ATPase (PMCA) is an enzyme expressed in most eucariotic cells. It catalyses the transport of calcium ions out of the cell and has a high calcium affinity but only a low transportation capacity. Despite the good biochemical characterization of the pump, its function remains unclear in cells like cardiomyocytes that have other calcium transporting systems like the sodium-calcium-exchanger. First results from the own laboratory examining PMCA overexpressing L6-myoblasts showed an influence of the enzyme on cellular growth and differentiation. To transfer these results to the heart muscle, a transgene rat model, overexpressing the hPMCA4CI under the control of a myocardium specific promoter, had been generated in advance. This model was now available for further characterization. First the growth pattern of primary cultures of neonatal cardiomyocytes was studied under stimulation with fetal calf serum, norepinephrine and the platelet derives growth factor BB in comparison of transgene and wildtype cardiomyocytes. These experiments showed an accelerated growth of the PMCA-overexpressing cells. Additionally to these experiments further tests were done to unravel the PMCA’s subcellular localization within the cardiomyocyte. The caveolae were especially examined as places of the potential localization, small invaginations of the plama membrane, about 50-100 nm in diameter, with a characteristic lipid and protein pattern, among them many receptors and signal transduction molecules. With the methods of detergent extraction, double immunofluorescence staining, preparation of caveolae-rich membranes and immunoprecipitation it was shown, that a high percentage of the PMCA is localized in caveolae. In addition to that an interaction of the PMCA with the caveolae associated cytoskeletal protein dystrophin could be shown. In conclusion these results indicate, that the PMCA can modulate growth regulating signal transduction pathways of cardiomyocytes by controlling the local caveolar calcium concentration.…