Frequenz und Morphologie der Ca2+-Transienten von Sinusknotenzellen HCN4-defizienter Mäuse und ihre Einbindung in die sinoatriale Automatie

Abstract

Die Automatie des Sinusknotens ist ein hochkomplexes Phänomen, das durch verschiedene Mechanismen auf zellulärer und zellübergreifender Ebene ermöglicht wird (Mangoni & Nargeot, 2008). Die genaue Aufklärung der beteiligten Strukturen ist ein Schlüsselelement in der Grundlagenforschung. Gleichzeitig ist es von hoher klinischer Relevanz, u.a. für die Behandlung von Herzrhythmusstörungen (Baruscotti et al., 2010; Park & Fishman, 2011). In der vorliegenden Arbeit wurde von einem integrativen Zusammenspiel der Ionenkanäle der Plasmamembran mit den intrazellulären Ca2+-Signalen ausgegangen, das sich auf zwei kontrovers diskutierte Schrittmachermodelle stützte (Lakatta & DiFrancesco, 2009). Hierfür wurde das Membran-Uhr gestützte Modell durch zwei unterschiedliche Mutationen im hHCN4-Ionenkanal-Gen gezielt beeinträchtigt und die Auswirkungen der jeweiligen Beeinträchtigung auf das Ca2+-Uhr-Modell beobachtet. Während die Mutation hHCN4-CNBD die cAMP-Sensibilität des Kanals ausschaltet und er dadurch erst bei negativeren Membranpotentialen aktiviert wird, wirkt sich die Mutation hHCN4-AYA auf die Porenregion des Kanals aus und führt zu einer generell herabgesetzten Leitfähigkeit (Alig et al., 2009; Er et al., 2003). Methodische Anwendung fand hierbei die konfokale Mikroskopie zur Visualisierung von Ca2+-Signalveränderungen unterhalb der Zellmembran. Anhand unterschiedlicher Parameter wurden die Auswirkungen der Mutationen auf die Ca2+-Signale verglichen. Hierzu wurden die beiden Mutationen einander und jeweils dem Wildtyp gegenüber gestellt. Dabei wurden die Zellen im ersten Schritt submaximaler ß-adrenerger Stimulation ausgesetzt. Im zweiten Schritt wurde dann das Alkaloid Ryanodin appliziert, das die Ca2+-Uhr aus dem Gleichgewicht bringen und damit auch den zweiten Schrittmachermechanismus beeinträchtigen sollte (Zucchi & Ronca-Testoni, 1997). Trotz Ryanodin-Applikation zeigten die mutierten Genotypen keine Abnahme ihrer Ca2+-Transienten-Frequenz. Diese wiesen im Vergleich zum Wildtyp eine kürzere Dauer auf. Beide Befunde deuten auf eine verstärkte Aktivierung des gesamten Ca2+-Zyklus‘ in den mutierten Genotypen hin. Die hHCN4-AYA-Mutation zeichnete sich hierbei durch größere Unterschiede zum Wildtyp als die hHCN4-CNBD-Mutation aus. Auch war in der hHCN4-AYA-Mutation eine Erhöhung von F/F0 als Maß für den maximalen Unterschied in der Ca2+-Signalstärke während eines Transienten zu verzeichnen. Dieses spricht ebenfalls für eine verstärkte Arbeit der im Ca2+-Zyklus eingebundenen Faktoren. Die Unterschiede zwischen den beiden Mutationen lassen sich mit Rückgriff auf die molekularbiologischen und klinischen Auswirkungen erst unzureichend erklären und bedürfen weiterer Erforschung.