Pathophysiologische Bedeutung der Proteinphosphatase 1 für die Entwicklung der Herzinsuffizienz und Untersuchungen zur Auswirkung einer verstärkten Enzymhemmung durch den Inhibitor-2

Brüchert, Nicole

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Pathophysiologische Bedeutung der Proteinphosphatase 1 für die Entwicklung der Herzinsuffizienz und Untersuchungen zur Auswirkung einer verstärkten Enzymhemmung durch den Inhibitor-2

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Die Bedeutung einer Überexpression von I-2, einem spezifischen Inhibitor der Proteinphosphatase 1 (PP1), und die Auswirkungen einer dadurch veränderten Aktivität der PP1 auf die Herzfunktion konnte an verschiedenen transgenen Mausmodellen gezeigt werden. Die Überexpression von I-2 in transgenen Mäusen führte zu einer massiven Senkung der Phosphatase-Aktivität im Ventrikel transgener Tiere, trotz kompensatorischem Anstieg der PP1-Expression. Die Aktivität der PP1 war in I-2-transgenen Tieren fast vollständig gehemmt und die IC50 war in I-2 angereicherten Extrakten dieser Mäuse um das 100-fache im Vergleich zu Extrakten von Wildtypen erniedrigt. Eine herzspezifische Überexpression der katalytischen Untereinheit der PP1 in transgenen Mäusen führte zur Herzhypertrophie, zu Störungen der Herzkontraktion und zu einer erhöhten Sterblichkeit. Expressionsveränderungen von SERCA, RyR, TRD und JCT scheinen durch eine Änderung der Ca2+-Homöostase zu den kontraktilen Störungen beizutragen. Durch die vermehrte PP1-Expression stieg auch die Gesamtaktivität der Phosphatasen in Ventrikelhomogenaten an, was zu einer vermehrten Dephosphorylierung von PLB und dadurch zu einer verminderten SERCA-Aktivität führen könnte. Die klinische Relevanz einer PP1-Hemmung für die Ausbildung einer normalen Herzfunktion konnte durch gleichzeitige herzspezifische Überexpression von I-2 und der katalytischen Untereinheit der PP1 (CS1) in transgenen Mäusen gezeigt werden. Die PP1-Hemmung durch die Co-Überexpression von I-2 bewirkte eine völlige Normalisierung der Herzfunktion und konnte die Entwicklung einer Herzhypertrophie verhindern. Dieses Ergebnis unterstreicht zum einen, daß eine gesteigerte PP1-Expression und Aktivität zumindest zum Teil die Veränderungen bei der Herzinsuffizienz herbeiführt. Es zeigt auch, daß durch eine Senkung der PP1-Aktivität die Ca2+-Homöostase in der Herzmuskelzelle und dadurch die kardiale Funktion beeinflußt und verbessert werden kann. Weitere Untersuchungen konnten zeigen, daß I-2 keine Wirkung auf die PP2A-Aktivität hat und eine durch PP2A-Überexpression verursachte Herzhypertrophie nicht zu verhindern vermag. Dies zeigt die Spezifität der I-2-Wirkungen gegenüber der PP1 bei CS1-überexprimierenden Mäusen. Eine Verminderung der PP1-Aktivität durch I-2 könnte ein Angriffspunkt für neue therapeutische Ansätze bei kardialen Erkrankungen, wie Herzhypertrophie und Herzinsuffizienz sein.

The significance of an overexpression of I-2, a specific inhibitor of the Protein phosphatase 1 (PP1), and the effects of a change in the PP1-activity on the heart function could be shown in various transgenic mouse models. The overexpression of I-2 in transgenic mice led to a massive decline of the phosphatase activity in the ventricle of transgenic animals. This was the case in spite of a compensatory increase of the PP1-expression. The PP1-activity in I-2-transgenic animals was almost completely inhibited and the IC50 in homogenates of these mice had increased almost 100-fold compared to wildtype mice. The heart specific overexpression of the catalytic subunit of PP1 (CS1) in transgenic mice lead to heart hypertrophy, to disruptions of the heart contraction and to increased fatality. Alterations in the expression of SERCA, RyR, TRD and JCT seemed to contribute to the contractile disruptions via alteration of the Ca2+-homeostasis. Due to the increased PP1-expression, the overall activity of phosphatases also increased, which could lead to an increased dephosphorylation of PLB and thus to a decreased activity of SERCA. The clinic relevance of the inhibition of PP1 for the development of a normal heart function could be shown by concurrent heart specific overexpression of I-2 and CS1, the catalytic subunit of PP1, in transgenic mice. The inhibition of PP1 by co-overexpression of I-2 led to complete normalization of the heart function and prevented the development of heart hypertrophy. This result emphasizes two things: First, the fact that an increased PP1-expression and activity at least partly induces cardiac insufficiency; it also shows that by reducing the PP1-activity, the Ca2+-homeostasis in the cardiac muscle cells and thus the cardiac function can be influenced and eventually improved. Further research demonstrated that I-2 has no effects on the PP2A-activity and cannot prevent any heart hypertrophy induced by PP2A-overexpression. This demonstrates the specificity of the effects of I-2 on the PP1 in CS1-overexpressing mice. Reduction of the PP1-activity via I-2 may give a handle to new therapeutic approaches in treating cardiac diseases, such as heart hypertrophy and cardiac insufficiency.