Kompartimentierte cGMP Signaltransduktion bei Kardiomyozytenhypertrophie und Herzinsuffizienz

• Antragsteller: Professor Dr. Viacheslav Nikolaev
• Fachliche Zuordnung: Kardiologie, Angiologie ; Anatomie und Physiologie ; Pharmakologie
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 234406232

Der ubiquitäre sekundäre Botenstoff cyclisches Guanosinmonophosphat (cGMP) reguliert diverse zelluläre Prozesse wie z.B. die Kontraktilität der Glatten- und Herzmuskelzellen sowie das pathologische Herzwachstum (Hypertrophie) und Remodelling. In unseren Vorarbeiten haben wir festgestellt, dass die Hypertrophie mit einer Umverteilung von cGMP-regulierten Phosphodiesterasen (PDEs) 2 und 3 zwischen den mit beta-Adrenozeptoren (beta-ARs) assoziierten Membranmikrodomänen einhergeht. Dieser neu identifizierter molekularer Mechanismus ermöglicht eine Steigerung der Catecholamin-stimulierten Herzkontraktilität durch atriales natriuretisches Peptid (ANP) und sein Rezeptor GC-A. Dieser ist in T-Tubuli lokalisiert, wo auch beta3-Adrenozeptoren (beta3-ARs) zu finden sind. Eine solche Mikrodomäne kann Guanylatcyclasen GC-A/B und NO-GC zusammenbringen, um ein wichtiges lokalisiertes cGMP Pool zu generieren, welcher die Kontraktilität und pathologisches Remodelling reguliert. Mikrodomänen-Remodelling ist ein zeitabhängiger Prozess, der dynamische Veränderungen der Cross-Interaktionen von cGMP und cAMP aufgrund von PDE und beta-AR Umverteilung aufweist. Beruhend auf der Vorarbeiten und bereits etablierten Mauslinien wird die Analyse der Veränderungen membranassozierter cGMP Signale bei Hypertrophie und Herzinsuffizienz fortgesetzt. Mittels Förster-Resonanz-Energie-Transfers (FRET) und Scanning Ion Conductance Mikroskopie wird in den pm-DE5 (Membransensor für cGMP) exprimierenden transgenen Mauskardiomyozyten untersucht, ob Hypertrophie zu Veränderungen in PDE2-regulierten GC-A/cGMP und PDE3-regulierten GC-B/cGMP Pools in T-Tubuli vs den sog. Cell-Crests führt. Mögliche Desensitisierung und Umverteilung von GC-A bei späterer Transition zur chronischen Erkrankung werden zusammen mit anderen FOR 2060 Projekten untersucht. Des weiteren werden pm-DE5 und pm-Epac1-camps (Membransensor für cAMP) Mäuse mit beta3-AR transgenen Mäusen gekreuzt, um funktionelle Interaktionen von beta3-AR und GC-A in den T-tubuli sowie die cGMP/cAMP Interaktionen bei Hypertrophie zu untersuchen. Schließlich werden die Ergebnisse aus Einzelzellen mittels FRET Imaging in intakten Langendorff perfundierten Herzen mit transgener Sensorexpression verifiziert. Dabei können die zelltypspezifische Effekte von cGMP stimulierenden Pharmaka (z.B. Sildenafil und NO-GC Aktivatoren) in Kardiomyozyten, Fibroblasten und eventuell auch in Endothelzellen evaluiert werden. Das langfristige Ziel des Projektes ist die Identifizierung neuer therapeutischer Verfahren auf der Ebene von lokalen cGMP-Kompartimenten, die gegen Herzhypertrophie und Herzinsuffizienz eingesetzt werden können.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 2060: Bedeutung des Signalträgers cGMP für die Regulation von Zellwachstum und Zellvitalität