Die mitochondriale Funktion bei Coxsackievirus B3-induzierter Myokarditis: Wirkung einer kardialen Überexpression des Adeninnukleotid-Translokators

Abstract

Die kardiale Funktion ist abhängig von der stabilen Energieversorgung der Kardiomyozyten. Herzerkrankungen gehen häufig einher mit einem gestörten, zellulären Energiestoffwechsel, der mit oxidativem Stress, mitochondrialer Schädigung und Apoptose assoziiert ist, die zur kontraktilen Dysfunktion beitragen. Einschränkungen des Energiestoffwechsels wurden auch in Patienten mit chronischer Myokarditis und dilatativer Kardiomyopathie beschrieben, jedoch fehlen noch Erkenntnisse über deren Ursache und Wirkung. Insbesondere ist von Interesse, ob es hier früh auftretende Unterschiede zwischen abklingenden und persistierenden Infektionen gibt, die eine Prognose des weiteren Verlaufs ermöglichen könnten. In der vorliegenden Arbeit wurden der mitochondriale Energiestoffwechsel und die Apoptose im Mausmodell der Coxsackievirus B3 (CVB3)-induzierten Myokarditis analysiert und zwei Stämme mit unterschiedlicher genetischer Disposition für den akuten (C57BL/6) und den chronischen (A.SW) Verlauf vergleichend untersucht. Am Tag 8 nach der Infektion lag in C57BL/6-Mäusen eine asynchrone Regulation der Atmungskette vor, die von einer erhöhten oxidativen Schädigung und Apoptose begleitet wurde. Die zellulären Bedingungen in C57BL/6-Mäusen waren assoziiert mit einer geringeren, kardialen Viruslast im Vergleich zu A.SW-Mäusen, in denen die Aktivität nahezu aller Atmungskettenkomplexe einheitlich herunterreguliert wurde; die oxidative Schädigung und apoptotische Eliminierung der infizierten Zellen blieb aus. Diese Prozesse wurden mit der CVB3-induzierten immunologischen Reaktion verknüpft, die durch die stammspezifische Cytokin- Expression charakterisiert wurde. Da die Regulation der mitochondrialen Komponenten ein frühes Ereignis in der Myokarditis und die Ausprägung vom genetischen Hintergund abhängig ist, könnte sie die Prognose unterstützen und möglicherweise Ziel medizinischer Intervention sein. Unterschiede in der Regulation des Adeninnukleotid-Translokators (ANT1), eine mitochondriale Komponente sowohl des Energiestoffwechsels als auch der Apoptose, zwischen C57BL6- und A.SW-Mäusen gaben dazu Anlass, die Wirkung einer gezielten, herzspezifischen ANT1-Überexpression im CVB3-Myokarditismodell zu untersuchen. Hier ging die hohe ANT1-Expression mit einer höheren kardialen Viruslast in infizierten, transgenen Herzen gegenüber Wildtyp-Herzen einher. In vitro Analysen bestätigten den die Virusreplikation fördernden Effekt der ANT1-Überexpression, so dass eine hohe ANT1-Expression einen negativen Effekt auf den Verlauf der Virusmyokarditis hat. Unter Verwendung eines weiteren Mausmodells der Streptozotocin (STZ)-induzierten, diabetischen Kardiomyopathie konnte jedoch auch nachgewiesen werden, dass die Wirkung der kardialen ANT1-Überexpression vom zugrunde liegenden Krankheitsbild und den pathophysiologischen Mechanismen, insbesondere der Apoptose, abhängig ist.

Cardiac function is highly dependent on the stable supply of cardiomyocytes with cellular energy. Heart disease is often accompanied by an impaired cellular energy metabolism, associated with oxidative stress, mitochondrial damage, and apoptosis, promoting contractile dysfunction. Impairment of cardiac energy metabolism has also been described in patients with chronic myocarditis and dilative cardiomyopathy, however, there are few findings on its cause and effects. It is of particular interest if there are early occurring differences between healing and persistent infection that might allow for a prognosis on the course of disease. In the present study the mitochondrial energy metabolism and apoptosis were analysed in a murine model of Coxsackievirus B3 (CVB3)-induced myocarditis and two strains with different genetic disposition for the acute (C57BL/6) and the chronic (A.SW) disease were compared. At day 8 post infection C57BL/6 mice were characterised by an asynchronous regulation of the respiratory chain that was accompanied by an increase in oxidative damage and apoptosis. The cellular conditions in C57BL/6 mice were associated with a lower cardiac virus load compared to A.SW mice, which uniformly down-regulated the activity of almost all respiratory chain complexes; oxidative damage and apoptosis were not detected in these mice. These modulations were linked to the CVB3-induced immune reaction, which was characterised by the strain-specific expression of cytokines. Since the regulation of mitochondrial components is an early event in myocarditis and depends on the genetic background of the host, it may facilitate prognosis and may be target of medical intervention. Differences in the regulation of the adenine nucleotide translocase (ANT1), a mitochondrial component involved in both energy metabolism and apoptosis, between C57BL/6 and A.SW mice caused us to analyse the impact of specific, cardiac over-expression of ANT1 in the CVB3 myocarditis model. In this model, high ANT1 expression was accompanied by an increased cardiac virus load in infected, transgenic hearts compared to wild- type hearts. In vitro analyses confirmed the promoting effect of ANT1 over- expression on virus replication, revealing that high ANT1 expression negatively influences the course of viral myocarditis. However, utilising another disease model, that of streptozotocin (STZ)-induced diabetic cardiomyopathy, it could be demonstrated that the effect of cardiac ANT1 over- expression is related to the disease and the underlying, pathophysiological mechanisms, in particular apoptosis.