Untersuchungen der Genexpression kardialer Schilddrüsenhormonrezeptoren am Schweinemodell

Abstract

Schilddrüsenhormon(SDH)-regulierte Gene sind essentiell für die Funktion des Herzen. Die von ihnen kodierten Proteine sind an der Ausprägung der Kontraktilität, Muskelmasse und Herzfrequenz beteiligt. In der vorliegenden Arbeit wird daher die SDH-kontrollierte Genexpression in Zusammenhang mit den Schilddrüsenhormonrezeptoren (T3R) alpha 1, alpha 2 und beta 1 sowohl in den Herzkompartimenten und dem Reizleitungssystem wie auch in den zwei wichtigsten, völlig unterschiedlichen Herzzelltypen, den Kardiomyocyten und den Kardiofibroblasten untersucht. Zum Vergleich wurde die T3R-Genexpression in der Leber gemessen. Das T3R-Profil wurde auf mRNA-Ebene mittels quantitativer realtime-PCR und auf Proteinebene mittels monoklonaler Antikörper untersucht. Für die Untersuchungen wurden ein in vivo Modell am Schwein und ein Zellkulturmodell verwendet und sorgfältig adaptiert. In allen untersuchten Geweben wurden T3R alpha- und beta-Transkripte gefunden. Überraschend waren die ähnlichen Expressionsmengen der T3R alpha 1 und beta 1 in Herz- und Lebergewebe auf mRNA-Ebene, wohingegen der T3R alpha 2 in Herzgewebe deutlich mehr vorhanden war als in Lebergewebe. Auch konnte gezeigt werden, dass im linken Ventrikel mehr T3R alpha 2 und beta 1 gebildet wird als im rechten Ventrikel. Auf Proteinebene unterschieden sich die T3R alpha nicht unbedingt in der Quantität als vielmehr durch die zum Teil sehr unterschiedlichen Längen der jeweiligen Rezeptor-Proteine. Besonders bemerkenswert waren die unterschiedlichen Proteinlängen von T3R alpha 1 im Vergleich von Herz- und Lebergewebe. Zur Differenzierung des Herzmuskelgewebes wurden die Kardiomyocyten und –fibroblasten von einander isoliert. Die Kardiofibroblasten unterschieden sich dabei von den Kardiomyocyten im Wesentlichen durch die deutlich niedrigere T3R alpha 2- und beta 1-Expression auf mRNA-Ebene, aber deutlich höhere Expression des T3R beta 1 auf Proteinebene. Außerdem wurden Kardiofibroblasten unter verschiedenen Bedingungen angezüchtet und zum Proliferieren angeregt. Neben einem Nährmedium ohne physiologisches Serum, welches einer hormonellen Mangelsituation entspricht, wurden zwei verschiedene Nährmedien mit verschiedenen Hormoncocktails verwendet. Es zeigte sich dabei in den kultivierten Kardiofibroblasten keine Änderung im Expressionsmuster. Änderungen der T3R-Genexpression des ganzen Herzgewebes spiegeln also höchstwahrscheinlich allein Änderungen in den Kardiomyozyten wieder. Der Aufnahme und gewebespezifischer Konvertierung von SDH kommt möglicherweise eine hohe biologische Bedeutung zu. Zum besseren Verständnis der Wirkung von SDH am Herzen wurden die gerade entdeckten SDH-Transporter: MCT8 und MCT10 untersucht. Diese werden, wie erwartet, im Herzen exprimiert, wenn auch deutlich weniger als in der Leber, als bedeutendes SDH-umsetzendes Organ. Insgesamt sprechen die Ergebnisse deutlich für den T3R alpha 2 als einen für das Herz typischen Rezeptor. Erstmals konnte in dieser Studie die bereits auf mRNA-Ebene beschriebene T3R alpha 2-Dominanz durch Ergebnisse auf Proteinebene bestätigt werden. Überraschenderweise zeigte sich dabei eine deutlich stärkere Lokalisation des Rezeptor-Proteins in den Mitochondrien im Vergleich zum Nukleus. Zukünftige Untersuchungen zu der Rolle des T3R alpha 2 im Energiestoffwechsel des Herzen durch Steuerung der mitochondrialen Aktivität erscheinen daher vielversprechend.