Über die Effekte einer herzspezifischen Überexpression des Proteinphosphatase-Inhibitor-1 im transgenen Mausmodell

Abstract

In der Herzinsuffizienz führt die chronische Erhöhung des Sympathikotonus zur Desensitivierung des beta-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 Proteinphosphatase-Inhibitor-1 stellt eines dieser inhibitorischen Proteine dar. Inhibitor-1 wird durch die cAMP abhängige Proteinkinase A an Threonin 35 phosphoryliert und hemmt ausschließlich in diesem Zustand die im Herzen vorherrschende Proteinphosphatase-1. Eine Phosphorylierung durch die Proteinkinase C hat funktionell den gegensinnigen Effekt, d.h. eine Serin 67- Phosphorylierung bewirkt eine Abnahme der Inhibitor-Aktivität. Des Weiteren wird Inhibitor-1 von der Ca2+/Calmodulin-abhängigen Phosphatase (Calcineurin) an Threonin 35 dephosphoryliert (deaktiviert). Damit könnte Inhibitor-1 als konditionelles, positiv inotropes Element der beta-adrenergen Signalskaskade mit einer doppelten endogenen Rückkopplung (PKC alpha/Calcineurin) wirken. Die Inhibitor-1-Konzentration ist im insuffizienten menschlichen Myokard erniedrigt und seine PKA-Phosphorylierung (Aktivität) reduziert. Dies trägt wahrscheinlich zur betaadrenergen Subsensitivität und Einschränkung der kontraktilen Reserve bei. Dies führte uns zur Hypothese, dass eine Erhöhung der Inhibitor-1 Proteinmenge die kontraktile Funktion verbessern und somit einen potentiellen Angriffspunkt in der Therapie der Herzinsuffizienz darstellen könnte. Zur Überprüfung dieser Hypothese wurde ein transgenes Mausmodell mit herzspezifischer Inhibitor-1 Überexpression etabliert. Folgende Haupergebnisse wurden erzielt: 1. Es wurden zwei transgene Mauslinien mit 200-300 facher Überexpression von Inhibitor-1 generiert. In diesen Linien waren die Phosphorylierungsstellen an Threonin 35 und Serin 67 intakt. Auffällig waren eine niedrige Threonin 35 und eine hohe Serin 67-Phosphorylierung. 2. Inhibitor-1 transgene Mäuse zeigten eine 2-3-fach erhöhte Phosphatase-1- Konzentration und Aktivität, die wahrscheinlich kompensatorisch war und eine Ursache-Wirkungs Analyse hinsichtlich des Phänotyps erschwerte. 3. Im Langendorffmodell zeigten Inhibitor-1 transgene Mäuse eine verminderte PLBPhosphorylierung unter basalen Bedingungen und eine erhöhte PLB-Phosphorylierung nach Isoprenalinstimulation (10–6 M), was implizierte, dass unter basalen Bedingungen die Phosphatase-1-Aktivität überwog, nach beta-adrenerger Stimulation jedoch eine Aktivierung des Inhibitor-1 erfolgte, welche die erhöhte Phosphatase-1-Aktivität überwinden konnte. 4. Inhibitor-1 transgene Mäuse entwickelten im Alter von 3 Monaten spontan eine kardiale Hypertrophie und zeigten eine Einschränkung der linksventrikulären Funktion. 5. Im Modell der chronischen Isoprenalininfusion reagierten Inhibitor-1 transgene Tiere mit einer signifikant höheren Zunahme der Herz-zu-Körpergewichts Ratio. 6. Das Fehlen von Inhibitor-1 in parallel untersuchten Inhibitor-1 Knock-Out Mäusen schützte vor Isoprenalin-induzierten tödlichen Arrhythmien unter einer Ketamin/Xylazin-Narkose. Zusammenfassend zeigt diese Studie, dass eine Inhibitor-1 Überexpression zur Entwicklung einer kardialen Hypertrophie und kardialer Dysfunktion führt. Gleichzeitig sensitiviert sie gegenüber Katecholamin-induzierter Hypertrophie, sodass diese Daten gegen eine Überexpression von Wlidtyp-Inhibitor-1 zur Therapie der chronischen Herzinsuffizienz sprechen.