Evidence for the inhibition of cardiomyocytes cycle activity by cardiac contraction

Abstract

Diese Arbeit untersucht die Rolle mechanischer Arbeit bei der Regulation des Zellzyklus in Kardiomyozyten. Während adulte Kardiomyozyten unter physiologischen Bedingungen weitgehend postmitotisch sind, zeigen unreife Kardiomyozyten eine erhöhte Plastizität und Proliferationsfähigkeit, die häufig mit struktureller und metabolischer Reprogrammierung einhergeht. Bisher war unklar, inwieweit die Notwendigkeit zur Kontraktion zum Verlust der Zellzyklusaktivität beiträgt. Zur Untersuchung dieser Fragestellung wurden genetisch veränderte Kardiomyozyten eingesetzt, die aus induzierten pluripotenten Stammzellen differenziert wurden. In diesen Zellen konnte die Kontraktilität gezielt und reversibel durch einen Depolarisationsblock gehemmt werden. Eine transiente Blockade der Kontraktilität führte konsistent zu einer erhöhten Zellzyklusaktivität, die nach Wiederaufnahme der Kontraktion auf das Ausgangsniveau zurückkehrte. Dieser Effekt ließ sich in mehreren experimentellen Setups reproduzieren und wurde zusätzlich durch pharmakologische Inhibition der Sarkomerfunktion mittels Mavacamten in Wildtyp-Kardiomyozyten bestätigt. Proteomische und transkriptomische Analysen zeigten eine reduzierte Expression sarkomerischer und myogener Proteine bei gleichzeitiger Hochregulation von Zellzyklus-assoziierten Programmen. Metabolische Signaturen deuteten auf eine verminderte oxidative Phosphorylierung und die Aktivierung hypoxie-assoziierter Signalwege hin. Eine Transkriptionsregulatoranalyse identifizierte mehrere Kandidaten, die potenziell als Vermittler zwischen mechanischem Zustand und Zellzyklusaktivität fungieren könnten. Zeitaufgelöste Live-Imaging-Experimente zeigten, dass die Desorganisation der Sarkomere der Aktivierung des Zellzyklus zeitlich vorausgeht, was auf einen kausalen Zusammenhang zwischen strukturellem Umbau und Zellzyklus-Reaktivierung hinweist. Zusammenfassend zeigt diese Arbeit, dass die Kontraktilität ein zentraler Regulator des proliferativen Zustands von Kardiomyozyten ist und dass eine reversible mechanische Entlastung ein unreifes, proliferationskompetentes Programm induzieren kann.