Die entscheidende Aufgabe der Proteinkinase G in der Regulation der Aktivität der Ca2(+)/Calmodulin-abhängigen Proteinkinase II und oxidativem Stress: Modulierung der diastolischen Funktion via PKG-abhängige CaMKII-Phosphorylierung und Oxidation

• Antragstellerin: Professorin Nazha Hamdani, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Kardiologie, Angiologie ; Anatomie und Physiologie ; Pharmakologie
• Förderung: Förderung seit 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 286627390

Die Entwicklung wirksamer Therapien gegen Herzinsuffizienz mit erhaltener Auswurffraktion (HIeEF) ist zur Zeit auf Grund des beschränkten Verständnisses der zugrunde liegenden Pathophysiologie begrenzt. Jedoch ist bekannt, dass komorbide Bedingungen die myokardialen Veränderungen bei HIeEF verstärken und einen systemischen inflammatorischen Zustand begünstigen, der zur endothelialen Dysfunktion, oxidativem Stress und zur Modulation der diastolischen Funktion (dF) beiträgt. Unsere neuesten Ergebnisse erlauben es uns, eine umfassende Hypothese zu formulieren, wie Inflammation und oxidativer Stress die myokardiale Dysfunktion bei Herzinsuffizienz (HI) beeinflussen. Der Kern dieser Hypthese besagt, dass die Aktivität der Ca2(+)/Calmodulin-abhängigen Proteinkinase II (CaMKII), ausgelöst durch Proteinkinase-G (PKG)-abhängige Phosphorylierung (P) und zyklischem Guanosinmonophosphat (cGMP), zu einem großen Teil die Steifigkeit der Kardiomyozyten und die dF bestimmt. Diese zentrale Bedeutung der PKG in der CaMKII-Regulation ist ein gänzlich neues Paradigma in der HI Forschung und könnte ein Schlüssel für die Entwicklung von wirksamen Therapien für gegenwärtig unbehandelbare Formen von HI sein. Einen entscheidenden Beitrag zur diastolischen Steifigkeit (dS) leistet das riesige Myofilamentprotein Titin. Die Expression von verschiedenen Isoformen und post-translationale Modifikationen des kardialen Titin sind als Hauptregulatoren der dS bekannt. Wir konnten zeigen, dass die PKG-abhängige (P) von Titin zu einer verminderten Titin-basierten Steifigkeit führt; dieser Signalweg ist bei HI gestört, insbesondere bei HIeEF, was zu einer Erhöhung der myokardialen Steifigkeit führt. Mit diesem Antrag möchten wir die PKG-abhängige (P) der CaMKII als entscheidenden Modulator der Titin-(P) und Steifigkeit weiter untersuchen. Wir planen die massenspektrometrische Detektion und Quantifizierung von Phosphorylierungsstellen im gesamten CaMKII-Molekül in vivo. Ausgewählte Phosphorylierungsstellen in der CaMKII sollen in vitro und mit Hilfe von Phospho-Antikörper verifiziert werden. Einzelne gehäutete und intakte Kardiomyozyten werden für mechanische Messungen verwendet, um Veränderungen der passiven Steifigkeit in HIeEF-tiermodell und HIeEF-Patienten zu bestimmen. Des Weiteren werden verschiedene Therapiemöglichkeiten entwickelt und in einem HIeEF-tiermodell getestet – mit dem Ziel, den cGMP-Pool zu erhöhen, die CaMKII-(P) zu verbessern und die CaMKII-Oxidation zu reduzieren und dadurch auch die Steifigkeit der Kardiomyozyten. Diese Arbeiten sollen wichtige Fragen klären, darunter i) die Identifikation von Schlüsselsignalwegen, die zur verbesserten Steifigkeit führen, ii) welche dieser Signalwege über erhöhtes cGMP die post-translationale Modifikatione der CaMKII verbessern, die (P) von Titin erhöhen und die passive Steifigkeit der Kardiomyozyten reduzieren. Diese Daten werden wichtige Erkenntnisse bezüglich des therapeutischen Potentials für die Verbesserung der dF liefern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen