Herzinsuffizienz (HI) ist eine Erkrankung von zunehmender Prävalenz, die unsere Gesellschaft vor große medizinische und gesundheitsökonomische Herausforde-rungen stellt. Für die Herzfunktion ist eine adäquate Energieversorgung essenziell. Ist diese nicht gewährleistet, führt dies zu zahlreichen Erkrankungen, beispielswei-se HI. In Kardiomyozyten gewährleisten Mitochondrien die Bereitstellung von Energie in Form von Adenosintriphosphat. Für die Funktion und Integrität des Mitochondriums sind Cardiolipine (CL) von zentraler Bedeutung. Sie befinden sich überwiegend in der inneren Mitochondrienmembran, wo sie zur Cristae-Formation beitragen, die Komplexe der Atmungskette stabilisieren und in zahlreiche Stoff-wechselvorgänge involviert sind. Der letzte Schritt der CL-Synthese erfolgt durch die Cardiolipinsynthase (CLS), die zwei Phospholipid-Substrate zu unreifem CL verbindet. Anschließend erfolgt ein Remodeling durch das Enzym Tafazzin (Taz), wodurch reifes CL entsteht. Es ist bekannt, dass Defekte im CL-Metabolismus zu schwerer mitochondrialer Dysfunkti-on führen, die auch Einfluss auf das Herz nehmen. Ziel dieser Arbeit war es, die Rolle von CL für die Herzfunktion der Fliege zu charakterisieren. In Drosophila melanogaster sind sowohl Taz als auch CLS konserviert. In der vorliegenden Arbeit wurden die kardialen Phänotypen von CLS- und Taz-Mutanten Fliegen, sowie von herzspezifischen Taz- und CLS-Knockdowns (KD) in vivo mittels fluoreszenzbasier-ter Hochgeschwindigkeitsmikroskopie untersucht. Um die Auswirkungen des CL-Defizites genauer zu erfassen, wurden ergänzende Versuche mit CLS-Mutanten durchgeführt. Neben der Messung der mitochondrialen Respiration erfolgte die massenspektrometrische Quantifizierung und Klassifizierung der CL-Spezies. Das Langzeitüberleben von Fliegen mit CLS-Defizit wurde untersucht, ebenso wie die Herzfunktion der gealterten CLS-Mutanten. Die Herzfunktionsanalyse von Taz-Mutanten zeigte eine erhöhte Herzfrequenz und eine verkürzte Relaxationszeit. Dies ließ sich im herzspezifischen Taz-KD jedoch nicht bestätigen. Die CLS-Mutanten wiesen in der Herzfunktionsanalyse vergrößerte Herzen mit signifikant erhöhten Diametern sowie eine verminderte Herzfrequenz auf. Die Kontraktion zeigte keine Veränderungen. Im herzspezifischen CLS KD stellten sich ebenfalls vergrößerte Herzdiameter dar. Zusätzlich konnte eine signifikant reduzierte systolische Funktion detektiert werden. Weiterhin zeigte sich für Fliegen mit CLS-Defizit eine prolongierte Relaxationszeit, was auf einen diastolischen Defekt hindeutet. Massenspektrometrisch zeigte sich die Reduktion zahlreicher CL-Spezies in den CLS-Mutanten. Die mitochondriale Respiration von CLS-defizitären Kardiomyozyten unterschied sich von ihren Kontrollen. Die Untersuchung des gealterten Fliegenherzens ergab, dass Alterung bei CLS-Mutanten zu einem weiteren Abfall, der bereits in jüngerem Alter beeinträchtigten Herzfunktionsparame-ter führt, jedoch das Langzeitüberlegen der CLS Mutanten nicht beeinträchtig. Unsere Daten zeigen, welch zentrale Rolle eine intakte CLS-mediierte CL-Synthese für eine adäquate Herzfunktion spielt. Weitere Untersuchungen sind notwendig, um herauszuarbeiten, wie CLS die verschiedenen CL-Intermediate reguliert und damit Einfluss auf die mitochondriale und zelluläre Funktion nimmt.
Heart failure (HF) is a disease of increasing prevalence that is developing into a major health and economic challenge for our society. The heart strongly depends on constant energy supply. A lack of energy can lead to numerous diseases including HF. In car-diomyocytes, mitochondria ensure the provision of energy. Cardiolipins (CL) are a group of lipid species crucial for mitochondrial function. Localized in the inner mito-chondrial membrane, CL organize the cristae structure thereby stabilizing complexes of the electron transport chain and are involved in metabolic processes. The final step of CL synthesis is catalyzed by cardiolipin synthase (CLS). Two phos-pholipid substrates are formed to nascent CL which is further remodeled by Tafazzin (Taz). Defects in CL metabolism lead to severe mitochondrial dysfunction which then also affects the heart. To study the impact of CL metabolism on cardiomyocytes, we used Drosophila melanogaster as a model where both CLS and Taz are conserved. In this study, cardiac phenotypes of CLS and Taz mutant flies, as well as of heart-specific Taz and CLS knockdowns (KD) were analyzed using fluorescence-based high-speed video microscopy. To clarify the effect of the CL- deficit further experiments were performed using CLS mutant flies. Mitochondrial respiration was measured using Sea-horse technology. Mass spectrometry was used to identify the CL subtypes and their quantity. Long-term survival of CLS-mutant flies and heart function analysis on aged CLS-deficient flies was performed. Our data showed that CLS-mutant flies had en-larged hearts with significantly increased endsystolic and enddiastolic diameter, and a reduced heart rate but preserved contractile performance. Enlarged heart diameters were also present in heart specific CLS KD flies, accompanied by a significant reduc-tion of systolic function. Both, CLS mutants and CLS KD had a prolonged relaxation time indicating diastolic defects. Taz mutants had increased heart rate and shortened relaxation time, however, this could not be confirmed in heart specific Taz KD. The analysis of CL species using mass spectrometry revealed numerous CL-subtypes decreased in CLS mutant flies. Mitochondrial respiration of the CLS deficient cardio-myocytes differed mildly from controls. Heart function parameters that were already decreased compared to controls at young age revealed a further decrease in the aged fly heart. The longtime survival of CLS mutant flies was not affected. Our data demonstrate the importance of intact CLS-mediated CL synthesis for ade-quate cardiac function. Further studies are required to elucidate how CLS regulates different CL intermediates which then affects mitochondrial and cellular function.
