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Dissertation zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:gbv:18-84599
URL: http://ediss.sub.uni-hamburg.de/volltexte/2017/8459/


The role of the transcriptional coactivator CRTC1 in the development of cardiac hypertrophy in mice

Die Rolle des transkriptionellen Koaktivators CRTC1 in der Entwicklung der kardialen Hypertrophie in Mäusen

Morhenn, Karoline

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SWD-Schlagwörter: Herzhypertrophie , Transkriptionsfaktor
Freie Schlagwörter (Deutsch): CRTC1 , RGS2 , Mausmodell
Freie Schlagwörter (Englisch): CRTC1 , RGS2 , mouse model
Basisklassifikation: 42.13 , 35.71 , 44.38
Institut: Chemie
DDC-Sachgruppe: Biowissenschaften, Biologie
Dokumentart: Dissertation
Hauptberichter: Oetjen, Elke (Prof. Dr.)
Sprache: Englisch
Tag der mündlichen Prüfung: 24.03.2017
Erstellungsjahr: 2016
Publikationsdatum: 10.04.2017
Kurzfassung auf Englisch: Maladaptive cardiac hypertrophy leads to heart failure, one of the common causes for hospitalization in the western world. Chronic β-adrenergic, PKA-dependent signaling contributes to the development of cardiac hypertrophy, elucidated by the therapeutic success of β-adrenoceptor antagonists. CRTC1 is a cAMP-regulated transcriptional coactivator activated by β-adrenergic signaling-induced increases in cAMP and subsequent PKA and calcineurin activation. Active CRTC1 translocates to the nucleus where it contributes to the CREB dependent gene transcription.

To elucidate the role of CRTC1 in the heart, mice globally deficient in Crtc1 were investigated for this thesis. The heart function was studied by echocardiography; mRNA and protein expression were investigated by quantitative reverse transcription PCR and immunoblot analysis. In isolated adult ventricular myocytes changes in signaling transduction concerning protein phosphorylation were studied by immunoblot analysis.

Crtc1-deficient mice exhibited cardiac hypertrophy and reduced cardiac function. Crtc1-deficient ventricular cardiomyocytes showed a reduced phosphorylation of the sarcomeric proteins troponin I and cMybpC in response to acute β-adrenergic signaling; phospholamban phosphorylation was comparable to wild-type ventricular myocytes.
The antihypertrophic regulator of G-protein signaling 2 (RGS2) was reduced in mRNA and protein expression in hearts of Crtc1-deficient mice. Additionally, CRTC1 was recruited to the Rgs2 promoter in murine heart tissue and in neonatal cardiomyocytes. RGS2 is known to inhibit Gα q/11-coupled receptor-mediated signaling. The downstream signaling kinases Akt and PKD were found to be less phosphorylated in Crtc1-deficient ventricular myocytes than in wild-type cardiomyocytes while ERK phosphorylation was increased.
To induce β-adrenergic-induced cardiac hypertrophy, Crtc1-deficient mice and their wild-type littermates received isoprenaline for 7 days. This treatment ameliorated cardiac function in Crtc1-deficient mice to wild-type functional level.

Taken together, this thesis provides evidence that CRTC1 plays a protective role in the development of cardiac hypertrophy presumably prolonging disease progression. By the common use of β-adrenoceptor antagonists in the treatment of cardiac hypertrophy this protective mechanism might be reduced.
Kurzfassung auf Deutsch: Maladaptive Herzhypertrophie führt zu Herzinsuffizienz, eine der häufigsten Ursachen für einen stationären Krankenhausaufenthalt in der westlichen Welt. Chronische Aktivierung β-adrenerger, PKA-abhängiger Signalwege trägt zur Entwicklung einer maladaptiven kardialen Hypertrophie bei. Dies wird durch die therapeutische Wirksamkeit von β-Adrenozeptor-Antagonisten verdeutlicht. CRTC1 ist ein cAMP-regulierter transkriptioneller Koaktivator der Gentranskription. CRTC1 wird durch β-adrenerg-induzierte Erhöhung der intrazellulären cAMP-Konzentration und folgender PKA und Calcineurin Aktivität dephosphoryliert und damit aktiviert. Dephosphoryliertes CRTC1 transloziert in den Zellkern, wo es die CREB-abhängige Gentranskription aktiviert.

Um die Funktion von CRTC1 im Herzen zu erläutern, wurden für diese Arbeit Mäuse, in denen das Crtc1 Gen global ausgeschaltet ist, untersucht. Die Funktion der Herzen wurde mittels Echokardiografie ermittelt; die mRNA- und Protein-Expressionen wurden per quantitativer Reverse-Transkriptase PCR und Immunoblot-Analyse ermittelt. In isolierten Kardiomyozyten von adulten Mäusen wurden Veränderungen der Signaltransduktion hinsichtlich veränderter Proteinphosphorylierung unter Verwendung von Immunoblot-Analysen untersucht.

Die Crtc1-defizienten Mäuse wiesen Zeichen einer kardialen Hypertrophie und einer verminderten Herzfunktion auf. Ventrikuläre Kardiomyozyten der Crtc1-defizienten Mäuse zeigten eine verminderte Phosphorylierung der Sarkomer-Proteine Troponin I und cMybpC in Reaktion auf eine akute β-adrenerge Behandlung. Die Phospholamban-Phosphorylierung war vergleichbar mit Wildtyp-Kardiomyozyten.
Die mRNA- und Protein-Expression des antihypertrophen regulator of G-protein signaling 2 (RGS2) war in Herzen von Crtc1-defizienten Mäusen vermindert. Zusätzlich wurde CRTC1 an den Rgs2-Promoter in murinem Herzgewebe sowie in isolierten neonatalen Mauskardiomyozyten rekrutiert. Es ist bekannt, dass RGS2 Gα q/11-gekoppelte Rezeptoren inhibiert und damit die Übermittlung hypertropher Signalwege hemmt. Die nachgeschalteten Signalkinasen Akt und PKD wurden, verglichen mit Wildtyp-Kardiomyozyten, in Crtc1-defizienten ventrikulären Kardiomyozyten vermindert phosphoryliert, während ERK vermehrt phosphoryliert wurde.
Als Modell einer β-adrenerg-vermittelten Hypertrophie wurde Crtc1-defizienten Mäusen und ihren Wildtyp-Geschwistertieren über eine Woche Isoprenalin verabreicht. Dadurch verbesserte sich die Herzfunktion der Crtc1-defizienten Mäuse auf das Niveau der Wildtyp-Geschwistertiere.

Zusammengefasst zeigt diese Arbeit, dass CRTC1 eine protektive Funktion bei der Entwicklung einer maladaptiven Hypertrophie einnimmt und vermutlich den Krankheitsverlauf hinauszögert. Durch den geläufigen Gebrauch von β-Adrenozeptor-Antagonisten zur Behandlung der Herzhypertrophie könnte dieser schützende Mechanismus übergangen werden.

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