Mapping von cAMP-Nanodomänen in humanen atrialen Myozyten und deren Dysregulation bei Vorhofflimmern

• Antragstellerin: Dr. Cristina Espinosa Molina, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Pharmakologie ; Kardiologie, Angiologie
• Förderung: Förderung seit 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 429535956

Vorhofflimmern (AF) ist die häufigste Herzrhythmusstörung und ist verbunden mit hoher Morbidität und Mortalität. AF ist mit Veränderungen der zellulären Ca2+-Homöostase in Vorhofmyozyten assoziiert, welche vermutlich das Auslösen und Aufrechterhalten der Arrhythmie begünstigen. Hierbei spielen Veränderungen im Phosphorylierungsstatus von Proteinen der zellulären Ca2+-Homöostase eine entscheidende Rolle. Unsere Vorarbeiten deuten außerdem darauf hin, dass die Phosphodiesterasen (PDE)-abhängige Regulation der intrazellulären cAMP Verteilung zum AF-assoziierten Remodeling der Ca2+-Homöostase beiträgt. Der cAMP-abhängige Signatransduktionsweg wird durch Stimulation von Gs-Protein gekoppelten Rezeptoren (z.B. b-Adrenozeptoren) aktiviert und reguliert verschiedenste Funktionen des Herzens (z.B. Kontraktilität, Relaxation und Herzfrequenz). Es ist bekannt, dass cAMP nicht gleichmäßig innerhalb der Herzmuskelzellen verteilt ist. Stattdessen sind die lokalen cAMP Kompartimente, auch Nanodomänen genannt, entscheidend für die physiologische Signaltransduktion. PDEs sind wichtige Vermittler dieser Kompartmentalisierung, weil sie durch den Abbau von cAMP die intrazelluläre Diffusion dieses Second-Messengers begrenzen. Einige Arbeitsgruppen haben die Rolle von PDEs in ventrikulären Myozyten anhand von Tiermodellen charakterisieren, aber nur wenige Studien haben die Bedeutung von PDEs im humanen Herzen adressiert, fast keine von ihnen habe sich mit dem Vorhof beschäftigt. Unsere jüngsten Studien haben die Expression und funktionelle Bedeutung verschiedener PDE Familien wie z.B. PDE3, PDE4 und PDE8 im humanen Vorhof gezeigt. Wir zeigten auch die wichtige Rolle von PDE4 für die Ca2+-Homöostase in humanen atrialen Myozyten (HAM) von gesunden Patienten. Unsere Vordaten deuten darauf hin, dass die PDE8 in HAM mit L-Typ Ca2+-Kanälen (LTCC) assoziiert ist. Die PDE8 Expression scheint im LTCC-Kanalkomplex von Patienten mit langanhaltendem AF (long-term perssistent AF, cAF) erhöht zu sein, was zur Verringerung vom L-Typ Ca2+-Strom (ICa,L) und zur Verkürzung der Aktionspotentialdauer beiträgt. Dieses Projekt soll daher untersuchen, wie PDEs die räumliche und zeitliche Verteilung von intrazellulärem cAMP in Ca2+-Homöostase regulierenden Nanodomänen kontrollieren. Dafür werden wir Messungen von Echtzeit-cAMP, ICa,L, spontanen Ca2+-Freisetzungen aus dem sarkoplasmatischen Retikulum sowie Proteinexpression und -lokalisation mit hochsensitiven spezifisch lokalisierten cAMP Biosensoren, Patch-Clamp, konfokaler Ca2+-Bildgebung, Kontraktilitätsmessungen und biochemischen Experimente durchführen. Das Ziel des Projekts ist es, den Einfluss spezifischer PDE Isoformen auf das cAF-assoziierte Remodeling der Elektrophysiologie und Ca2+-Homöostase zu untersuchen. Da letztere eine wichtige Rolle bei der Entstehung und Aufrechterhaltung von AF spielen, könnte die Isoformen-spezifische PDE Hemmung oder Überexpression einen neuen therapeutischen Ansatz zur Behandlung des AF darstellen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen