dc.contributor.author
Raddatz, Katy
dc.date.accessioned
2018-06-07T19:17:58Z
dc.date.available
2007-03-12T00:00:00.649Z
dc.identifier.uri
https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/5939
dc.identifier.uri
http://dx.doi.org/10.17169/refubium-10138
dc.description
0\. Titelblatt und Inhaltsverzeichnis
1\. Einleitung 1
2\. Materialien und Methoden 15
3\. Ergebnisse, 1. Teil 44
Ergebnisse, 2. Teil 68
4\. Diskussion 90
5\. Zusammenfassung 110
6\. Summary 112
7\. Literaturverzeichnis 113
8\. Anhang 130
9\. Abkürzungsverzeichnis 156
10\. Veröffentlichungen 158
dc.description.abstract
Titin ist mit 3,7 MDa das größte Protein in Säugetieren und bildet neben Aktin
und Myosin das dritte Filamentsystem im Herz- und Skelettmuskel. Das
Titinmolekül erstreckt sich von der Z-Scheibe über die I- und A-Bande bis zur
M-Bande des Sarkomers. Der C-Terminus enthält eine Serin-Threonin-
Kinasedomäne, die in Vertebraten hochkonserviert ist. Ziel dieser Arbeit war
es die Funktion der Titinkinasedomäne und deren Rolle in der
Signaltransduktion zu untersuchen. Dazu wurde ein skelettmuskelspezifischer
und ein induzierbarer herzspezifischer KO der Titinkinaseregion verwendet. Im
Skelettmuskel-KO wurde das verkürzte Titin korrekt in die Z-Scheibe und
I-Bande integriert, nicht jedoch in die M-Bande des Sarkomers. Die Deletion
der Titinkinaseregion führte zur Auflösung der Sarkomerstruktur zwischen dem
5. und 10. Tag nach der Geburt und zur Mislokalisation und Akkumulation von
Proteinen des Zytoskeletts. Dies weist auf eine Rolle der Titin M-Bande in der
Aufrechterhaltung der Sarkomerstruktur und des Zytoskeletts hin.
Proteomanalysen zeigten, dass die Deletion der Titinkinaseregion eine
Stressantwort im Skelettmuskel und im Herzen auslöst, die zur Akkumulation von
Hitzeschockproteinen und Untereinheiten des 26S-Proteasoms führt. Unterschiede
zwischen Titinkinaseregion-defizienten Herz- und Skelettmuskel konnten
hingegen beim Metabolismus und der oxidativen Stressantwort detektiert werden.
Die Akkumulation von Detoxifizierungsenzymen, sowie das Auftreten eines
Cystein-modifizierten Proteins im Herzen, wiesen auf oxidativen Stress und
erhöhte mechanische Belastung des Muskels in den Titinkinaseregion-defizienten
Tieren hin. Diese könnte einerseits durch die Disassemblierung des Sarkomers
verursacht werden oder andererseits auf eine gestörte Funktion des
Titinmoleküls als Dehnungssensor zurückzuführen sein. Das postulierte
Titinkinasesubstrat Tcap könnte diese Funktion vermitteln, war jedoch nur im
KO-Skelettmuskel erhöht exprimiert, was auf unterschiedliche Signalwege der
Titinkinase im Herzen und im Skelettmuskel hindeutet. Die Funktion von Titin
im adulten Herzen wurde im Tamoxifen induzierbaren Titinkinaseregion-KO
untersucht. Die adulten KO-Tiere entwickelten eine schwere Herzinsuffizienz
mit kardialer Hypertrophie und ödematöser Lunge. Begleitend zur Hypertrophie
war die Signaltransduktion durch PKCδ in den Titinkinaseregion-defizienten
Tieren erhöht. Exprimente an isolierten Herzen zeigten, dass bereits vor
Auftreten der Hypertrophie die kontraktile Funktion der KO Herzen
eingeschränkt war, da diese weniger stark auf adrenerge Stimulation
reagierten. Die reduzierte adrenerge Signaltransduktion in den
Titinkinaseregion-KO-Tieren basierte auf Veränderungen im Ca2+ Stoffwechsel.
Calcium-assoziierte Proteine, wie die sarkoplasmatische Ca2+-ATPase Serca2a
und ihr Regulator Phospholamban, sowie Calmodulin 1 waren in den KO-Tieren
runterreguliert. Damit konnte zum ersten Mal gezeigt werden, dass Titins
M-Bande nicht nur die diastolischen, sondern auch die systolischen
Eigenschaften des Herzens verändern kann.
de
dc.description.abstract
Titin is the largest protein in mammals with a molecular weight of up to 3.7
MDa. It is considered the third filament in skeletal muscle and heart, along
with actin and myosin. The titin molecule spans the half sarcomere from the
Z-disc to the M-band. The C-terminus contains a serine/threonine kinase domain
that is highly conserved in vertebrates. The aim of this study was to
investigate the role of titin s kinase region in signal transduction using a
striated muscle specific and an inducible cardiac specific titin kinase KO. In
striated muscle, the truncated titin was integrated properly into the Z-disc
and I-band, but failed to integrate into the M-band. The deletion of titin s
kinase region caused disassembly of the sarcomere starting between day 5 and
10 after birth and mislocalization and accumulation of proteins of the
cytoskeleton. This indicates a role of titin s M-band in maintaining sarcomere
structure. The proteome analysis showed a stress response in titin kinase
region KO animals, which includes the upregulation of heat shock proteins and
components of the 26S-proteasome in skeletal muscle as well as in heart.
Differences between titin M-band deficient skeletal and cardiac muscle related
to metabolism and oxidative stress. The accumulation of enzymes involved in
detoxification and a cystein modified cardiac protein indicated oxidative
stress and increased mechanical strain in the skeletal muscle and hearts of
titin kinase region-KO animals. This could either be due to sarcomere
disassembly or related to the postulated stretch sensor function of titin. The
postulated titin kinase substrate Tcap could mediate this function.
Nevertheless, the protein level of Tcap was increased only in skeletal muscle
but not in heart, indicating differences in titin kinase signaling in cardiac
and skeletal muscle. To investigate the cardiac phenotype in the adult mouse,
we used an inducible titin kinase KO model. The KO animals developed a cardiac
hypertrophy and enlarged lungs (pulmonary edema) as a sign of severe heart
failure. The hypertrophy involved increased PKCδ signal transduction in
knockout hearts. Prior to cardiac hypertrophy a contractile phenotype with a
reduced response to adrenergic stimulation of KO hearts could be detected in
isolated heart experiments. This reduced adrenergic response was accompanied
by altered Ca2+ homeostasis with decreased levels of calmodulin 1, the
sarcoplasmic ATPase Serca2a as well as its regulator phospholamban. Here, we
show for the first time that titin s M-band does not only determine the
diastolic but also the systolic function of the heart.
en
dc.rights.uri
http://www.fu-berlin.de/sites/refubium/rechtliches/Nutzungsbedingungen
dc.subject.ddc
500 Naturwissenschaften und Mathematik::540 Chemie::540 Chemie und zugeordnete Wissenschaften
dc.title
Pathophysiologie der Signaltransduktion durch die Titinkinase-Domäne
dc.contributor.firstReferee
Prof. Dr. Michael Gotthardt
dc.contributor.furtherReferee
Prof. Dr. Udo Heinemann
dc.date.accepted
2007-03-08
dc.date.embargoEnd
2007-03-20
dc.identifier.urn
urn:nbn:de:kobv:188-fudissthesis000000002742-6
dc.title.translated
Pathophysiology of the titin kinase signal transduction
en
refubium.affiliation
Biologie, Chemie, Pharmazie
de
refubium.mycore.fudocsId
FUDISS_thesis_000000002742
refubium.mycore.transfer
http://www.diss.fu-berlin.de/2007/178/
refubium.mycore.derivateId
FUDISS_derivate_000000002742
dcterms.accessRights.dnb
free
dcterms.accessRights.openaire
open access