Zur Bedeutung des Protein-Phosphatase-Inhibitor-1 in der menschlichen Herzinsuffizienz

Abstract

In der Herzinsuffizienz führt die chronische Erhöhung des Sympathikotonus zur Desensitivierung des ß-adrenergen Signalweges wodurch nachfolgend die Phosphorylierung von regulatorischen Phosphoproteinen verändert wird. Der Phosphorylierungszustand wichtiger Phosphoproteine kann über eine Aktivierung der entsprechenden Kinase oder eine Hemmung der entsprechenden Phosphatase verändert werden. Die Proteinphosphatasen werden unter anderem durch inhibitorische Proteine reguliert. Der Protein-Phosphatase-Inhibitor-1 stellt eines dieser inhibitorischen Proteine dar. Der Inhibitor-1 wird durch die cAMP abhängige Proteinkinase A (PKA) an Threonin35 phosphoryliert und hemmt ausschließlich in diesem Zustand die im Herzen vorherrschende Proteinphosphatase-1 (PP1). Um Aufschluss über eine potentielle pathophysiologische Bedeutung von Inhibitor-1 bei der menschlichen Herzinsuffizienz zu erhalten, sollten die Proteinmenge sowie die PKA-Phosphorylierung (Aktivität) von Inhibitor-1 in insuffizienten menschlichen Herzen quantifiziert und diese mit nicht-insuffizienten Spenderherzen verglichen werden. Andererseits sollte untersucht werden, welche Proteinphosphatase für die Dephosphorylierung des Inhibitor-1 an Threonin35 verantwortlich ist. Während dieser Analysen zeigte sich, dass die immunologische Detektion von Inhibitor-1 mit den bisherigen verfügbaren Antikörpern weder histologisch noch in SDS-Standardhomogenaten möglich ist. Da Inhibitor-1 eine hohe Hitzestabilität und Säurelöslichkeit ausweist, gelang durch Trichloressigsäure (TCA)-Fällung und Kochen eine mehr als 500-fache Aufkonzentrierung. Mit Hilfe von Verdünnungsreihen solcher TCA-Extrakte parallel zu rekombinanten Inhibitor-1 konnte die Inhibitor-1 Proteinkonzentration in menschlichen Herzproben bestimmt werden. Diese Untersuchung ergab, dass die Inhibitor-1 Konzentration im linksventrikulären Myokard mit ~120 nM deutlich über der IC50 (~1 nM) der PP1 lag und somit ausreichend war, um die kardiale PP1 effizient zu hemmen. Der Vergleich insuffizienter und nicht-insuffizienter Herzen ergab, dass die Inhibitor-1 Proteinmenge um 57% und der PKA-Phosphorylierungsgrad um 72% in insuffizientem Myokard erniedrigt sind. Außerdem konnte eine enge Korrelation zwischen dem Phosphorylierungsgrad des Inhibitors-1 mit dem von Phospholamban, welches die Aufnahme von Ca2+ in das sarkoplasmatische Retikulum in der Diastole steuert, gezeigt werden. Dies deutete auf einen direkten kausalen Zusammenhang zwischen den Funktionszuständen beider Proteine hin. Mit Hilfe von spezifischen chemischen Phosphatase-Inhibitoren und phosphospezifischen Antikörpern konnte mittels Western Blot gezeigt werden, dass in Herzmuskelzellen der neugeborenen Ratte die Blockade der Ca2+-abhängigen Typ 2B Phosphatase (Calcineurin) zu einer gesteigerten Inhibitor-1 Phosphorylierung an Threonin35 führt. Dieser Befund korrelierte mit einer erhöhten Phosphorylierung des funktionell nachgeschalteten Phospholambans, das kein Substrat von Calcineurin ist. Diese Arbeit zeigt erstmalig, dass Inhibitor-1 in der menschlichen Herzinsuffizienz reguliert ist und impliziert, dass die stark verminderte Proteinmenge und Phosphorylierung von Inhibitor-1 als Verstärkerelement der ß-adrenergen Signalkaskade zum Wirkungsverlust von Katecholaminen bei der Herzinsuffizienz beitragen könnten. Die hier dargestellten Befunde implizieren ferner, dass Calcineurin Inhibitor-1 in vivo dephosphorylieren und somit deaktivieren kann. Über Calcineurin könnte Inhibitor-1 einen potentiell wichtigen cross talk zwischen cAMP- und Ca2+ -Signalwege im Herzen vermitteln.