Charakterisierung der kardialen Funktion des Stressproteins alpha-B-Crystallin am isolierten Papillarmuskel der Maus
Eine familiäre Myopathie und Kardiomyopathie, der eine Missense-Mutation des alpha-B-Crystallin-Gens zugrunde liegt, weist auf eine wichtige Bedeutung des Stressproteins alpha-B-Crystallin im Herzen hin. Die chaperone-ähnlichen Eigenschaften von alpha-B-Crystallin und die unter kardialer Ischämie zu beobachtende schnelle Translokation vom Zytosol an das elastische Titin-Filamentsystem lassen eine protektive Rolle von alpha-B-Crystallin unter Stressbedingungen vermuten. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, eine eventuelle kardioprotektive Funktion von alphaB-Crystallin durch die Charakterisierung alpha-B-Crystallin gendeletierter Mäuse nachzuweisen. Wir etablierten hierfür ein Versuchssystem zur Untersuchung der Kontraktilität isolierter Papillarmuskeln im Organbad. Im Rahmen des Aufbaus unseres Versuchssystems untersuchten wir zunächst den Einfluss der Ca2+-Konzentration, der Temperatur und der Kontraktionsbedingungen (Auxotonie vs. Isometrie) auf die Kraft-Frequenz-Beziehung von murinem Myokard. Wir konnten zeigen, dass die Kraft-Frequenz-Beziehung von Myokardpräparaten der Maus von den genannten Versuchsbedingungen abhängig ist. Bei niedrigen Ca2+-Konzentrationen und Temperaturen ([Ca2+] = 1,0 mM, Temp. = 27 °C) ist sie positiv, flacht bei zunehmender Ca2+-Konzentration und Temperatur ab und ist für [Ca2+] = 5,0 mM, Temp. = 37 °C negativ. Auxotone Kontraktionsbedingungen führen im Vergleich zu isometrischen bei gleichen Ca2+-Konzentrationen und Temperaturen zu einem flacheren Verlauf der Kraft-Frequenz-Beziehung. Unter annähernd physiologischen Bedingungen verläuft die Kraft-Frequenz-Beziehung des Mäuse-Myokards flach bis leicht positiv. Im Gegensatz zum Menschen scheinen somit bei der Maus für eine Steigerung des Herz-Zeit-Volumens andere Mechanismen als eine positive Kraft-Frequenz-Beziehung von Bedeutung zu sein. Hierbei ist insbesondere der Frank-Starling-Mechanismus und die sympathoadrenerge Innervation des Herzens zu erwähnen. Zur Charakterisierung der kardialen Funktion von alphaB-Crystallin untersuchten wir die Kontraktilität isolierter Papillarmuskeln von Wildtyp- und alpha-B-Crystallin gendeletierten Mäusen unter simulierter Ischämie (Glucose- und Sauerstoffentzug) und Reperfusion im Organbad. Unter Kontrollbedingungen zeigten sich zwischen wt- und alpha-B-/- Muskeln keine Unterschiede in der Zuckungskraft, der Geschwindigkeit der Kraftentwicklung und der Relaxationszeit. Die während der 20-minütigen simulierten Ischämie entwickelte Kontraktur setzte jedoch bei den alpha-B-/- Muskeln signifikant früher ein und verlief signifikant stärker als bei wt-Muskeln. Nach einer 60-minütigen Reperfusionsphase blieb die Kontraktur der alpha-B-/- Muskeln im Vergleich zu wt-Muskeln signifikant erhöht. Bezüglich Zuckungskraft, Geschwindigkeit der Kraftentwicklung und Relaxationszeit zeigten sich weder während noch nach simulierter Ischämie deutliche Unterschiede zwischen den Muskeln beider Mäusestämme. Diese Ergebnisse lassen darauf schließen, dass das Fehlen von alpha-B-Crystallin am Gesamtherz nicht zu einer Störung der systolischen Herzfunktion, sondern zu einer eingeschränkten myokardialen Relaxationsfähigkeit unter Ischämie und Reperfusion führen würde. Da alpha-B-Crystallin unter kardialer Ischämie an das elastische Titin-Filamentsystem bindet, könnten die elastischen Eigenschaften des Myokards unter Ischämie durch einen Mangel an alpha-B-Crystallin derart beeinträchtigt werden, dass es zu einer höheren Rigidität der Muskulatur kommt. Eine Funktion von alpha-B-Crystallin im Herzen ist somit möglicherweise die Aufrechterhaltung der elastischen Eigenschaften des Myokards unter kardialer Ischämie und Reperfusion.
alpha-B-Crystallin, Hitzeschockprotein, Ischämie-Reperfusions-Schaden, Kraft-Frequenz-Beziehung, Präkonditionierung, heat shock protein, ischemia reperfusion injury, force frequency relationship, preconditioning
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