Ca2+-aktivierte K+-Kanäle mit großer Leitfähigkeit (BK) als Zielstruktur von cGMP für die myokardiale Prä- und Postkonditionierung bei Ischämie- und Reperfusionsschäden

• Antragsteller: Professor Dr. Robert Lukowski
• Fachliche Zuordnung: Pharmakologie
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 234406232

In diesem Projekt untersuchen wir inwiefern Myokardschädigungsprozesse nach kurzzeitiger Ischämie und Reperfusion (I/R) durch kardiales cGMP und mitochondriale Kaliumkanäle des KATP (mitoKATP) und BK (mitoBK) Typs limitiert werden. Unsere aktuellen Analysen BK-negativer Herzen im Perfusionsmodell nach Langendorff deuten auf maßgebliche infarkt-begrenzende Funktionen des mitoBKs in Kardiomyozyten hin. Ferner führt die BK Ablation bei Sauerstoffmangel und anschließender Reoxygenierung in isolierten Mitochondrien zur exzessiven Akkumulation von reaktiven Sauerstoffspezies (ROS), was darauf hindeutet, dass mitoBK Kanäle bei oxidativem Stress eine wichtige Signalfunktion spielen und möglicherweise schädliche ROS Produktion verhindern. Unser kollaborativen Studien mit anderen Mitgliedern der Forschergruppe zeigen außerdem, dass kurze Episoden ischämischer Postkonditionierung (iPost) sowie Sildenafil, das den kardialen Abbau von cGMP zu 5`GMP verhindert in vivo kardioportektiv wirken. Die Schutzeffekte dieser mechanischen bzw. pharmakologischen Ansätze waren allerdings nicht nach kardiomyozyten-spezifischer Ausschaltung der NO-stimulierten Guanylyl-Cyclase (NO-GC) oder des mitoBKs zu beobachten. Da membranständige BK Kanäle als direkte Zielstrukturen des NO/cGMP/cGMP-abhängige Proteinkinase Typ I (cGKI) Signalwegs in zahlreichen Zelltypen gut untersucht sind, lassen die bisherigen Analysen vermuten, dass auch der mitoBK bei ischämischer Prä-/Postkonditionierung cGMP-abhängig reguliert wird und so Gewebeuntergang bei Herzinfarkt und Zelltod verhindert. Unser Ziel ist es nun, mit Hilfe der in unserer Forschergruppe entwickelten cGMP-Sensorsysteme globales und lokales cGMP in verschiedenen kardialen Zellen insb. in Kardiomyozyten vor, während und nach Ischämie sowie Reperfusion mikroskopisch zu visualisieren. Diese FRET-basierten Untersuchungen zur cGMP-Dynamik werden wir in adulten Herzmuskelzellen sowie in isolierten Mausherzen nach Behandlung mit cGMP-erhöhenden Pharmaka durführen und hierfür auch transgene Sensormauslinien verwenden, die gleichzeitig eine kardiomyozytenspezifische Inaktivierung der NO-GC; cGKI und/oder des mitoBKs tragen. In den konditionalen Mausmutanten werden wir neben den akuten Myokardschäden nach I/R auch Umbauprozesse des (nicht )/infarzierten Ventrikelmyokards als Spätkomplikation eines Herzinfarktes untersuchen. Es ist das Ziel dieses Teilprojekts zu überprüfen inwiefern NO-GC; cGKI und mitoBK in Herzmuskelzellen Überleben, Funktion und reaktive Gewebeveränderungen des Herzmuskels nach Myokardinfarkt beeinflussen. Wir werden Know-how sowie Techniken mit anderen Mitgliedern der Forschergruppe austauschen, um die Rolle von lokalen und globalen cGMP Signalen, NO-GC; cGKI sowie mitoBK im ischämischen Herz aufzuklären und so letztlich die Komponenten dieses Signalwegs als potentielle Arzneimittelzielstrukturen zu validieren.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 2060: Bedeutung des Signalträgers cGMP für die Regulation von Zellwachstum und Zellvitalität
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Peter Ruth