Mechanismen beta-adrenerger Signaltransduktion
- Mit blau fluoreszierendem und gelb fluoreszierendem Protein markierter humaner beta-adrenerger Rezeptor. Expression in HEK293-Zellen.
Andrea Ahles, Petra Göbel, Sabine Merkle,
Deepak Ramanujam, Lydia Vlaskin
Technische Unterstützung: Nadine Hemmrich
β-adrenerge Rezeptoren sind G Protein gekoppelte Rezeptoren, die wesentlich an der Regulation der Herzfunktion beteiligt sind. So ist die Stimulation kardialer β-adrenerger Rezeptoren durch die Adrenalin und Noradrenalin der stärkste Stimulus um Frequenz und Schlagkraft des Herzmuskels anzuregen. Während diese Funktion sehr wichtig ist, um die Herzleistung kurzfristig bei körperlicher Anstrengung zu steigern, ist die dauerhafte Stimulation β-adrenerger Rezeptoren schädlich für den Herzmuskel. Dies geschieht z.B. bei der Herzmuskelschwäche, bei der es zu einer dauerhaft erhöhten Freisetzung von Adrenalin und Noradrenalin kommt und die Daueraktivierung von β-Rezeptoren erheblich zur Schädigung des Herzens beiträgt. Während die zellulären Mechanismen der positiv inotrope Wirkung der β-adrenergen Rezeptoren gut verstanden sind, herrscht Unklarheit bezüglich der schädlichen Wirkung der Stimulation β-adrenerger Rezeptoren. Gegenwärtige Projekte untersuchen Unterschiede zwischen der Signaltransduktion β1- und β2-adrenerger Rezeptoren, suchen nach neuen intrazellulären Zielmolekülen der β-adrenergen Signalkaskade und analysieren den Einfluss von Rezeptorpolymorphismen auf Liganden-induzierte Konformationsänderungen des Rezeptorproteins. Hier ist es uns kürzlich gelungen, direkt die Konformationsänderung des β1-adrenergen Rezeptors zu analysieren, die nach Bindung eines Liganden an den Rezeptor geschieht. Mit Hilfe der Fluoreszenz-Resonanz-Energie-Transfer (FRET-) Technik konnten wir so erstmalig die Aktivierung des human β1-adrenergen Rezeptors in lebenden Zellen in Echtzeit untersuchen. Diese Experimente zeigten, dass natürlich vorkommende Rezeptorpolymorphismen die Konformationsänderung von G Protein gekoppelten Rezeptoren determinieren (Rochais et al. J Clin Invest 2007).
Funktion kardialer microRNAs
- Myokardgewebe nach intravenöser Injektion eines Cy3-markierten microRNA-Antagonisten
Carina Gross, Xavier Loyer, Simon Leierseder, Jayavarshni Ganesan, Claudia Jentzsch, Thomas Fischer
MicroRNAs sind kleine ca. 22 Nukleotide lange nicht-kodierende RNA-Moleküle, die die Expression zahlreicher komplementärer mRNAs regulieren. Kürzlich sind einzelne microRNAs beschrieben worden, die eine Rolle in der Herzentwicklung und –physiologie spielen. Die Funktionsweise kardialer microRNAs insbesondere im Hinblick auf ihre mögliche Funktion bei Herzerkrankungen ist derzeit noch weitgehend unklar. Wir haben eine Reihe von microRNAs identifiziert, deren Expression bei Erkrankungen des Myokards dysreguliert ist. Gegenwärtige Experimente untersuchen die Funktion dieser microRNAs in vitro in primären Zellen und in vivo im Mausmodell. (Thum, Gross et al., Nature 2008).
Identifizierung und Charakterisierung sezernierter Faktoren im Myokard
- Prinzip des "Secretion Trap Screen" in Hefe zur Identifizierung von sezernierten kardialen Faktoren
Claudia Jentzsch
Hypertrophie von Kardiomyozyten und interstitielle Fibrose sind wesentlich für die Entwicklung der Herzmuskelschwäche. Bislang ist weitgehend unklar, inwieweit vom Herzmuskel sezernierte Faktoren zu Hypertrophie und interstitieller Fibrosierung beitragen. Wir haben einen genetischen “Secretion Trap Screen” einer kardialen cDNA-Bibliothek in Hefe durchgeführt und insgesamt 54 putativ sezernierte kardiale Proteine identifiziert. Die Analyse der Expression dieser Proteine ergab eine sehr starke Expression des Proteinase inhibitor 16 (PI16) spezifisch im erkrankten Myokard. PI16 wird von primären Zellen rasch sezerniert und inhibiert das Wachstum von Herzmuskelzellen. Die Unterdrückung der Expression des endogenen PI16 führt zu Hypertrophie von Kardiomyozyten, während Pi16-überexprimierende Mäuse kleinere Herzen aufweisen. Als antihypertropher Faktor stellt PI16 eine interessante Zielstruktur zur Entwicklung neuer therapeutischer Ansätze dar (Frost & Engelhardt, Circulation 2007).
Pharmako-mechanische Kopplung im glatten Muskel
- (ZUM ABSPIELEN BILD ANKLICKEN) Spontane Kontraktionen und simultane Änderungen der intrazellulären Ca2+-Konzentrationen in einem Darmmuskelpräparat, das mit dem Ca2+-Indikatorfarbstoff Fura-2 AM beladen wurde.
Jörg Wegener, Eva Frei, Maria Huster
Technische Unterstützung: Lucia Koblitz
Der Tonus glatter Muskulatur ist des Stellglied verschiedenster biologischer Regelkreise, die z.B. den Blutdruck, die Darm-Motilität und die Blasen-Entleerung steuern. Störungen der glatten Muskelfunktion können die Entstehung von Bluthochdruck, Darmverschluß oder Inkontinenz begünstigen. Die Analyse der Signalübertragung im glatten Muskel, die an Kontraktion und Relaxation beteiligt ist, soll dazu beitragen, diese Störungen besser zu verstehen und neue pharmakologische Eingriffsmöglichkeiten zu eröffnen.
Jeder glatte Muskeltyp kann über unterschiedliche Signalwege in die Mechanismen der Kontraktion und Relaxation eingreifen. Unsere Arbeitsgruppe charakterisiert die einzelnen Signalwege in repräsentativen Typen glatter Muskulatur wie z.B. Gefäßmuskulatur, Darmmuskulatur und Harnblasenmuskulatur. Schwerpunkte der Untersuchungen sind dabei die Mechanismen der Kontraktion nach einer Hormon-Stimulation, die zur Aktivierung von L-Typ Ca2+ Kanälen führt und Mechanismen der Relaxation, an denen der NO/cGMP Signalweg beteiligt ist. In unseren Studien zeichnen wir an lebenden Präparaten unmittelbar physiologische Parameter auf; dazu gehören die Kraftentwicklung von Muskelpräparaten, die Änderungen intrazellulärer Ca2+-Konzentrationen in Einzelzellen und Muskelpräparaten und die elektrophysiologische Untersuchung von Ca2+-Kanal-Aktivitäten. Protein/Protein-Interaktionen werden durch Immunpräzipitation und BN-PAGE Elektrophorese analysiert. Zusätzlich bestimmen wir biochemisch Sensitisierungsprozesse in Muskelpräparaten durch die Quantifizierung phosphorylierter Marker-Proteine mittels geeigneter Antikörper. Unsere Studien haben gezeigt, daß der Ca2+-Kanal Aktivität eine entscheidende Rolle bei der elektrischen und muscarinerg-vermittelten Kontraktion der glatten Muskulatur zukommt (Wegener et al., FASEB J 2004, 2006).