Open Access

Christoph Küster

• Die linksventrikuläre Hypertrophie ist einer der stärksten Prädiktoren für die spätere Abnahme der Blutauswurfleistung des Herzens mit einer Gefährdung der Organdurchblutung und drohendem Kreislaufversagen, einem klinischem Syndrom, welches als Herzinsuffizienz bezeichnet wird. Die Herzhypertrophie ist eine Folge vieler verschiedener Herzerkrankungen wie koronarer Herzkrankheit, dilatativer Kardiomyopathie oder Hypertonie. Ein besseres Verständnis dieser Entwicklung auf molekularer Ebene könnte dazu beitragen, mit neu zu entwickelnden Medikamenten gezielt in diese Prozesse eingreifen zu können, sie abzuschwächen, zu verhindern oder gar rückgängig zu machen. Das Ziel dieser Arbeit war, die molekularen Ursachen der Herzhypertrophieentwicklung durch eine globale Genexpressionsanalyse zweier Hypertrophiemodelle näher zu untersuchen und dabei neue Hypertrophiemarker zu identifizieren. Dazu wurde sowohl aus Herzproben PKBgamma1-überexprimierender transgener Mäuse, welche eine massive Herzhypertrophie entwickeln, als auch aus alpha1-adrenerg stimulierten neonatalen Rattenkardiomyozyten RNA isoliert und mit dieser cDNA-Micro-arrays hybridisiert. Die Auswertung der differentiell exprimierten Gene in beiden Modellen ergab keine eindeutigen Hinweise auf universelle Faktoren, die für die Hypertrophieentwicklung verantwortlich gemacht werden könnten. Bei näheren Untersuchungen zeigte sich jedoch, dass die Mehrzahl der regulierten Gene einen Versuch der Kardiomyozyten repräsentiert, die Hypertrophieentwicklung zu kompensieren. Im Modell der PKBgamma1-überexprimierenden Mäuse konnte durch eine „in silico“-Promotoranalyse ein möglicher Einfluss von Transkriptionsfaktoren der Forkhead-Klasse auf die differentielle Expression vieler regulierter Gene gefunden werden. Unter Zuhilfenahme eines Forkhead-Reporter-Systems konnte in verschiedenen Zellkulturmodellen ein funktioneller Zusammenhang zwischen dem konstitutiv-aktiven Transgen und eben diesen Transkriptionsfaktoren gezeigt werden. Darüber hinaus gelang es, anhand zweier Reportersysteme für die wichtigen Hypertrophiemarker ANF und BNP zu zeigen, dass sich diese beiden Gene durch die Koexpression eines Forkhead-Transkriptions-faktors induzieren lassen. Im Modell der alpha1-adrenerg stimulierten neonatalen Rattenkardiomyozyten gelang es, durch eine „in silico“-Promotoranalyse cAMP-abhängige Transkriptionsfaktoren sowie Faktoren der EGR-Klasse als mögliche Auslöser der beobachteten Genregulation zu identifizieren. Dieses Ergebnis passte sehr gut zu den beobachteten transkriptionellen Veränderungen, da sowohl die Transkriptionsfaktoren selbst, als auch viele in den cAMP-Stoffwechsel involvierte Transkripte sehr stark induziert waren. In beiden untersuchten Modellen stimmten nur wenige differentiell exprimierte Transkripte überein und diese bestanden vorwiegend aus den klassischen Hypertrophiemarkern. Als möglicher neuer Hypertrophiemarker wurde das „Cardiac Adriamycin Responsive Protein“ (CARP) identifiziert, welches in beiden Modellen deutlich induziert war. In Kombination mit der Beobachtung, dass viele der jeweils regulierten Gene mit einer antihypertrophen Wirkung in Verbindung gebracht werden, legt den Schluss nahe, dass die transkriptionellen Veränderungen den Versuch der Zellen widerspiegeln, der Hypertrophie entgegenzuwirken, und dass die hypertrophieauslösende Wirkung durch andere, nicht-transkriptionelle Steuerungsmechanismen der Zelle vermittelt wird. Frühere Arbeiten, welche die transkriptionellen Veränderungen in anderen Hypertrophiemodellen untersuchten, sowie neuere Hinweise aus der Literatur und weitere in der Abteilung durchgeführte Untersuchungen lassen darauf schließen, dass die Hypertrophieentwicklung eher auf translationaler Ebene reguliert wird. Unterstützt wird dies durch die Tatsache, dass PKBgamma1-überexprimierende Mäuse die größte jemals beobachtete Herzhypertrophie entwickeln und der PKB/GSK-3beta-Signalweg bekanntermaßen translationelle Vorgänge in der Zelle steuert. Weitere Arbeiten in dieser Richtung könnten somit neue, vielversprechende Therapieansätze eröffnen.