Störungen der intrazellulären Ca2+-Homöostase, insbesondere der Ca2+-Transport über die SR-Ca2+-ATPase (SERCA2a) in das Sarkoplasmatische Retikulum (SR) und der Ca2+-Transport über das Sarkolemm durch den Na+/ Ca2+-Austauscher (NCX) sind maßgeblich für die Entwicklung einer kontraktilen Dysfunktion in hypertrophierten und insuffizienten Herzen verantwortlich. Sowohl in zahlreichen tierexperimentellen Untersuchungen als auch in humanen insuffizientenHerzen konnten eine verminderte SERCA2a-Expression sowie eine gesteigerte NCX-Aktivität bzw. -Funktion nachgewiesen werden. Darüber hinaus spielen Veränderungen der Ca2+-Homöostase eine entscheidende Rolle bei der Entstehung von myokardialen Ischämie-Reperfusionsschäden. Durch die Untersuchungen an einem neu generierten doppelt transgenenen hypertensiven SERCA2a/ Ren2-Rattenmodell (SERen) wurde in dieser Arbeit der potentiell mögliche Einfluss einer zusätzlichen Expression eines SERCA2a-Transgens auf die Herzfunktion von (mREN2)27-transgenen Ratten (REN2) mit monogenetisch- bedingter Hypertonie untersucht. Es konnte nachgewiesen werden, dass die im Vergleich zu normotensiven, nicht transgenen Kontrolltieren (NTG) gefundene ca. 30%-ige Hypertrophie, die ca. 2-fach erhöhte NCX-Aktivität sowie die um 48% erhöhten Gewebespiegel des Fibrosemarkers Hydroxyprolin des linken Ventrikels von heterozygoten Ren2 durch die zusätzliche Expression des SECA2a- Transgens in den doppelt transgenen SERen-Tieren nicht verändert wurden. Die unter normoxischer Perfusion gemessenen maximal entwickelten linksventrikulären Drucke (LVdP) sowie die maximalen Druckanstiegs- (+-dP/dtmax) und Abfallsgeschwindigkeiten (-dP/dtmax) belegen für die beiden transgenen Versuchsgruppen Ren2 und SERen das Vorliegen einer kompensierten linksventrikulären Dysfunktion. Dabei dominieren diastolische Funktionsstörungen. Eine entsprechende signifikante Erhöhung des diastolischen Zeitparameters Tau (τ) in Ren2 und SERen gegenüber NTG zeigte eine stärkere Beeinträchtigung der späten Relaxation. Eine Beeinflussung der kardialen Funktion durch die zusätzliche SERCA2a-Expression in SERen konnte nicht nachgewiesen werden. Ren2 und SERen zeigten im Vergleich zu NTG signifikant niedrigere Herzfrequenzen. Dies kann im Sinne der bei Ratten bestehenden negativen Kraft-Frequenz-Beziehung als Kompensationsmechanismus der hypertrophierten Herzen in den transgenen Versuchsgruppen gewertet werden. Die Messung der NCX-Aktivität an Grobmembranpräparaten ergab signifikant höhere Werte für Ren2 und SERen gegenüber NTG ohne Hinweise einer Beeinflussung der NCX-Aktivität unter SERCA2a-Überexpression. Nach den ersten 10 Minuten Ischämiezeit zeigte sich ein unerwartet starker Anstieg des linksventrikulären enddiastolischen Drucks (LVEDP) in der Kontrollgruppe auf Werte von 70 mmHg gegenüber Werten um 35 mmHg in den beiden transgenen Versuchsgruppen. Am Ende der Reperfusion wurden im Vergleich zu den jeweiligen präischämischen Ausgangswerten um 8-fach erhöhte LVEDP-Werte der NTG Gruppe bei nur 4-facher Erhöhung der Werte in der Ren2- und SERen-Gruppe gemessen. Ein möglicher Erklärungsansatz stellen veränderte Stoffwechselprozesse mit erhöhtem Glycogenumsatz und gesteigerter anaerober Glykolyseaktivität mit resultierender Verminderung der Ca2+-Affinität des Troponin C in hypertrophierten Kardiomyozyten dar. Während des gesamten Reperfusionszeitraums zeigten sowohl Ren2 als auch SERCA2a signifikant höhere auf das linksventrikuläre Feuchtgewicht (LVW) normierte LVdP Werte. Auch für +dP/dtmax, und -dP/dtmax wurden für beide transgenen Versuchsgruppen signifikant höhere Werte gemessen. Diese Ergebnisse sind im Zusammenhang mit dem deutlich stärkeren LVEDP-Anstieg in der nicht transgenen Kontrollgruppe zu sehen, sprechen aber insgesamt für eine größere Toleranz gegenüber Ischämie und Reperfusionsepisoden in beiden transgenen Versuchsgruppen. Auch in der Reperfusionsphase konnten anhand der auf LVdP normierten +dP/dtmax,- und -dP /dtmax-Werte Hinweise für das Überwiegen einer diastolischen, kompensierten Dysfunktion in der Ren2- und SERen-Gruppe gefunden werden. Ein positiver Einfluss der SERCA2a-Überexpression mit verminderter intrazellulärer Ca2+-Überladung konnte nicht gesehen werden. Unter Perfusion mit Isoproterenol nach erfolgten Ischämie-Reperfusionsversuchen konnten anhand der LVdP- und ±dP /dtmax-Werte Hinweise für eine herabgesetzte β-adrenerge Stimulierbarkeit der Ren2- und SERen-Gruppe gegenüber NTG gefunden werden. Auch unter β-Rezeptor- Stimulation ergaben sich keine signifikanten Unterschiede der kontraktilen Parameter zwischen Ren2 und SERen.
Altered SERCA2-mediated sarcoplasmic reticulum Ca²+-transport may contribute to impaired Ca2+cycling and contractile dysfunction in hypertension-induced heart hypertrophy. The aim of the study was to examine whether additional expression of a SERCA2a transgene in hypertensive (mRen2)27-transgenic rats (Ren2) is capable of modifying both cardiac function and remodelling. Ren2 and double transgenic Ren2/SERCA2 rats (SERen) were generated by interbreeding of homozygous Ren2 males and heterozygous SERCA2-transgenic females. Wild-type Sprague-Dawley rats (NTG) were used as controls. The pressure (P) in the left ventricle (LV) of isolated Langendorff-perfused hearts of 30-34 weeks old males was measured during constant perfusate flow and a subsequent 20 min lasting global (zero-flow) ischemia (I) followed by 40 min of reperfusion (R). Thereafter, hearts were then dissected, weighted, frozen in liquid N2 and stored at -80°C for later analyses. For P measurements, a liquid filled balloon (filling pressure 10-12 mmHg) connected to a pressure recording PC- based system was used. Cardiac SERCA2a mRNA levels were 1.7-fold higher in SERen compared to Ren2 (p<0.05). The latter levels did not differ from NTG. Compared to NTG, increased sarcolemmal Na+/Ca2+ activities of +78% and +96%, relative LV wet weights of +33% and +29% as well as LV OH-proline of +34% and +48% were found in SERen and Ren2, respectively (p<0.05 vs. NTG each). The hearts of SERen and Ren2 developed a 1.2-fold higher maximal LV pressure (LVdP) but +dP/dtmax/LVdP values did not differ between all groups. Notably, -dP/dtmax/LVdP values were reduced by 14% in both SERen and Ren 2 (p<0.05 vs. NTG) indicating diastolic dysfunction. This finding was confirmed in 5 Hz- paced hearts. The hearts of both transgenic groups were less susceptible to I/R injury than those of NTG. Thus, the maximum ischemic contracture of NTG was 2.2- and 2.4-fold higher than in SERen and Ren2, respectively. During reperfusion, the latter reached pre-ischemic LVdP values, but LVdP did not exceed 75% of the pre-ischemic level in reperfused NTG hearts. By contrast, I/R-injured hearts of NTG exhibited a distinct positive inotropic response to ß-adrenergic stimulation with 20 nM isoproterenol which was lacking in SERen and Ren2. Thus, additional expression of a SERCA2a transgene in hypertensive Ren2 does not modify the degree of LV hypertrophy, fibrosis and diastolic dysfunction. This holds also true for the attenuated functional I/R injury of Langendorff-perfused Ren2 hearts.