Histologische Analyse des ANT1-überexprimierenden Herzmuskelgewebes im Verlauf der Coxsackievirus B3-induzierten Myokarditis

Abstract

Hintergrund: Der Adeninnukleotid-Translokator (ANT) befindet sich in der inneren Mitochondrienmembran, wo er eine Schlüsselposition in der Energieversorgung der Zelle einnimmt, indem er das ATP aus dem Mitochondrium ins Zytosol transportiert und dem Mitochondrium im Austausch das ADP wieder zuführt. Außer der Beteiligung am Energiestoffwechsel spielt ANT als multifunktionelles Protein im Apoptoseprozess und in der intrazellulären Kommunikation eine wichtige Rolle. Die kardioprotektive Wirkung der ANT1-Überexpression wurde vornehmlich ex vivo an dem Model des ischämischem „Preconditioning“ am isolierten Langendorf-Herzen beschrieben. Weiterhin zeigten Untersuchungen in vivo eine deutlich protektive Wirkung der erhöhten ANT1-Expression auf eine durch Hypertonie induzierte Herzinsuffizienz. Weiterführende Untersuchungen mit an Diabetes erkrankten Mäusen bewiesen die präventive Wirkung der ANT1-Überexpression bei der Entwicklung der diabetischen Kardiomyoapthie. Ziel: In dieser Arbeit wurden ANT1-überexprimierende Mäuse versus genetisch unveränderten Tieren hinsichtlich der Herzstruktur und deren Veränderungen unter basalen Bedingungen und im Verlauf einer Coxsackievirus B3-induzierten Myokarditis untersucht. Material und Methoden: In dieser Studie wurden transgene ANT1-überexprimierende Mäuse und dazu gehörende Kontrollmäuse mit unveränderter ANT1- Expression verwendet. Die Tiere wurden in drei Gruppen, die sich jeweils aus ANT1-überexprimierenden und Wildtyp-Mäusen zusammensetzten, aufgeteilt. Die erste Gruppe wurde unter basalen Bedingungen untersucht. Die zweite Gruppe wurde mit Coxsackievirus B3-Virus infiziert und erkrankte an einer Myokarditis. Die dritte Gruppe war die dazugehörige Kontrollgruppe. Um die histologische Herzstruktur zu analysieren wurden die Mäuseherzen mit Hämatoxilin-Eosin-, Elastika-van-Gieson-, Sirius Red- und TUNEL-Färbungen behandelt und deren Struktur unter dem Licht- bzw. Fluoreszenzmikroskop ausgewertet. Die Untersuchungen führten wir zu vier Zeitpunkten im Verlauf der Myokarditis durch: am 4., 8. 14. und 28. Tag nach der Infizierung. Resultate: Unter basalen Bedingungen konnten keine Unterschiede in der Herzstruktur von ANT1-überexprimierenden im Vergleich zu Wildtyp-Tieren aufgezeigt werden. Im Verlauf der Coxsackievirus B3-induzierten Myokarditis stellten wir bei den ANT1-überexprimierenden Mäusen jedoch ein tendenziell höheres Ausmaß an Entzündung fest. Hinsichtlich der Apoptoseausprägung und den Veränderungen der extrazellulären Matrix im Verlauf der Herzmuskelentzündung unterschieden sich die transgenen Tiere und die Wildty-Tiere nicht. Beide Gruppen von Tieren heilten nach der akuten Phase der Myokarditis ohne bleibende Schädigung des Herzmuskels aus. Schlussfolgerung: Ein deutlicher kardioprotektiver Effekt der ANT1-Überexpression konnte bei hypertonen und diabetischen Tieren beobachtet werden. Jedoch besitzt sie bei einer viralen Infektion, bei der eine Zellelimination der infizierten Zellen wünschenswert wäre, einen negativen Effekt. Hier begünstigt die ANT1-Überexpression die virale Infektion, was zu einer erhöhten Immunantwort führt und sich damit auf die Schwere der Erkrankung jedoch nicht auf ihren Ausgang auswirkt.

Background: The adenine nucleotide translocator (ANT) is located in the inner mitochondrial membrane, where it occupies a key position in the energy supply of the cell by transporting ATP from the mitochondria into the cytosol and supplies ADP to the mitochondrion in exchange. Besides the participation in the energy metabolism ANT plays a pivotal role as a multifunctional protein during the apoptotic process and during intracellular communication. The cardioprotective effect of ANT1 overexpression has been described mainly in the ex vivo model of ischemic "preconditioning" of the isolated Langendorf heart. Besides from that, in vivo studies have shown a significantly protective effect of elevated ANT1 expression on hypertension-induced heart failure. Further studies with diabetic mice, have shown a preventive effect of ANT1 overexpression in the development of diabetic cardiomyopathy. Objective: In this study we investigated differences between the heart structure of ANT1-overexpressing mice versus genetically unaltered animals in basal conditions and during the course of coxsackievirus B3-induced myocarditis. Materials and Methods: This study used transgenic mice overexpressing ANT1 and associated control mice with unchanged ANT1 expression. The animals were divided into three groups, each made up of ANT1-overexpressing and wild-type mice. The first group was examined under basal conditions. The second group was infected with coxsackievirus B3 virus and suffered from myocarditis. The third group was the corresponding control group. To analyze the histological structure of the mouse hearts, these were treated with hematoxylin-eosin, elastica-van Gieson-, Sirius red- and TUNEL-staining and analyzed under the light or fluorescence microscope. The data was collected at four time points during the course of myocarditis: on 4, 8 14 and 28 Days after infection. Results: Under basal conditions no differences in cardiac structure of ANT1-overexpressing compared with wild-type animals were found. In the course of coxsackievirus B3-induced myocarditis, nonetheless the ANT1-overexpressing mice exhibited a trend toward a higher degree of inflammation. Regarding the expression of apoptosis and changes in the extracellular matrix during the course of myocarditis the transgenic animal and wildtype animal groups did not differ significantly. Both groups of animals healed after the acute phase of myocarditis without retaining permanent damage to the heart muscle. Conclusion: A significant cardioprotective effect of ANT1 over-expression was observed for hypertensive and diabetic animals. However, if suffering from a viral infection, when a cell elimination of infected cells would be desirable, it had a negative effect. ANT1 over-expression enhances viral infection, leading to an increased immune response and thus affecting the severity of the disease, but not its outcome.