Zur Bedeutung der Serin-/Threonin-Proteinphosphatasen 1 und 2A im Herz- Kreislauf-System

Abstract

Ziel dieser Arbeit war es, die Bedeutung der Proteinphosphatasen Typ 1 und 2A bei der Entwicklung von Herzinsuffizienzen zu untersuchen. Hierzu wurden humane Herzproben von Patienten mit terminaler Herzinsuffizienz untersucht, verschiedene transgene Mausmodelle generiert und mit einem I2-Adenovirus infizierte Zellen untersucht. In einem transgenen Mausmodell konnte eine Überexpression der Proteinphosphatase 2A eine Herzhypertrophie und Herzinsuffizienz auslösen. Dieses transgene Mausmodell zeigt die Bedeutung der Proteinphosphatase 2A in der Entwicklung einer Herzhypertrophie und Herzinsuffizienz. Jedoch wurde im Rahmen dieser Arbeit eine erniedrigte Expression der PP2ACα und der PP2AB56α in humanen Herzen, welche von Patienten mit einer terminalen Herzinsuffizienz stammten, gezeigt. Es könnte vermutet werden, dass die PP2A kompensatorisch zur PP1 erniedrigt ist. Eine kompensatorische Erhöhung der PP1-Expression wurde z.B. in dem transgenen Mausmodell, welche einen trunkierten Inhibitor 2 der PP1 überexprimierte, nachgewiesen. Aufgrund der erniedrigten Expression der PP2ACα und der PP2AB56α in humanen Herzen wurde im Rahmen dieser Arbeit eine transgene Maus generiert, um die Funktion der PP2AAα weiter zu untersuchen. Im Gegensatz dazu konnte eine Hemmung der PP1-Aktivität durch I2 auf zellulärer Ebene zu einer Erhöhung der Ca2+-Amplituden um 50% führen und deshalb die Kontraktilität der Kardiomyozyten verbessern. Die Hemmung der PP1-Aktivität war in dem trunkierten I2-Mausmodell mit einer Hemmung um 95% sehr viel höher als bei akut adenoviral infizierten Kardiomyozyten mit einer Hemmung um 63%. Es muß festgehalten werden, dass es sich bei diesen zwei Modellen um unterschiedliche I2 handelte. Das trunkierte I2 war ein verkürztes I2 mit einer defekten Phosphorylierungsstelle an Threonin 72, im Gegensatz dazu war das adenoviral überexprimierte I2 vollständig. Beide Modelle hatten den gleichen Effekt, eine um 50% erhöhte Ca2+-Amplitude, so dass vermutet werden könnte, dass das trunkierte I2 verantwortlich für die hohe Hemmung der PP1-Aktivität und die kompensatorische Erhöhung der PP1-Expression war. Somit wurde im Rahmen dieser Arbeit eine Maus generiert, welche das vollständige I2 exprimierte. Insgesamt konnte die Erhöhung der Ca2+-Amplitude über eine Hemmung der PP1-Aktivität durch I2-Überexpression weitere Hinweise liefern, dass I2 als Ansatzpunkt für neue medikamentöse Therapien bei Herzhypertrophie und Herzinsuffizienz dienen könnte. Im Rahmen dieser Arbeit konnte I2 in glatten Muskelzellen überexprimiert werden, was eine geringere PP1-Aktivität zur Folge hatte. Es wurde ein transgenes Mausmodell generiert, welches I2 unter Kontrolle des glattmuskelspezifischen SM-MHC-Promotors überexprimieren sollte. Bei diesem transgenen Mausmodell wurden Mäuse mit einem transgenen Genotyp gefunden, jedoch reichte die Aktivität des Promotors nicht aus, um eine Überexpression von I2 zu gewährleisten. Es müssten andere glattmuskelspezifische Promotoren getestet werden.

The aim of this work was to determine the relevance of the proteinphosphatases 1 and 2A in the development of heart failure. Therefore, we examined human heart samples of patients with endstage heart failure, generated different transgenic mouse models and conducted experiments with I2-adenovirus infected cells. In a transgenic mouse model of proteinphosphatase 2A overexpression, cardiac hypertrophy and heart failure could be released, demonstrating the relevance of proteinphosphatase 2A in the development of cardiac hypertrophy and heart failure. However, in human heart samples of patients with end-stage heart failure a decreased expression of PP2ACα and PP2B56α was detected. It is presumed that this reduction of PP2A expression might be a compensatory mechanism in response to an increased PP1 expression level. For instance, a compensatory increase of PP1-expression was demonstrated in a transgenic mouse model overexpressing a truncated inhibitor 2 of PP1. Because of the decreased expression of PP2ACα and PP2B56α in human hearts a transgenic mouse was generated to further examine the function of PP2AAα. By contrast, an inhibition of PP1-activity by I2 on a cellular level could increase Ca2+-amplitudes by about 50% and that way ameliorate cardiomyocyte contractility. The inhibition of PP1-activity by 95% in a mouse model overexpressing a truncated form of I2 was much stronger than in acute adenoviral infected cardiomyocytes, showing an inihibition of about 63%. It must be noted, that these are mouse models using two different forms of I2. Truncated I2 was a shortened I2 containing a defective phosphorylation site at threonin 72, in contrast the adenoviral overexpressed I2 was a full-length form. Both models showed the same effect on Ca2+-amplitude, namely an increase by about 50%. Therefore it could be supposed that the truncated I2 might be responsible for the strong inhibition of PP1-activity and compensatory increase in PP1-expression. Hence in this work a mouse model was generated expressing the full-length I2. Overall, the increase of the Ca2+-amplitude via an inhibition of PP1-activity by I2-overexpression delivered further evidence that I2 could serve as a starting point for new medicamentous therapies of cardiac hypertrophy and heart failure. Within the scope of this work I2 was overexpressed in smooth muscle cells, resulting in a decreased PP1-activity. A transgenic mouse model was generated overexpressing I2 under control of the smooth muscle specific SM-MHC-promoter. Mice exhibiting a transgenic genotype could be detected, however, the activity of the promoter was not sufficient for a detectable I2 overexpression. Further smooth muscle cell specific promoters have to be tested.