Kardiomyopathien sind Erkrankungen des Herzmuskels, die mit einer kardialen Funktionsstörung einhergehen. Formen, die ohne erkennbare Ursache zu einer progredienten Dilatation und Reduktion der Kontraktilität des linken Ventrikels führen, werden als idiopathische dilatative Kardiomyopathie (DCM) bezeichnet. Sie ist der Hauptgrund für schwere Herzinsuffizienz und die damit assoziierten Einschränkungen der Lebensqualität bei jungen Erwachsenen. Neben der beeinträchtigten kardialen Funktion weisen diese Patienten oftmals auch Veränderungen im Bereich der humoralen und zellulären Immunität auf. Ein Teil der Patienten entwickelt Autoantikörper, die sich gegen den kardialen β1-adrenergen Rezeptor richten und ihn ähnlich wie der natürliche Ligand Adrenalin aktivieren. Hieraus resultiert eine chronische Überstimulation des Rezeptors, die über eine initiale Hypertrophie dann zu einer eingeschränkten Pumpfunktion führt. Nachdem sich die Therapie der Antikörper-vermittelten Immunkardiomyopathie bisher auf die Behandlung der Herzinsuffizienz und die Kontrolle der Herz-insuffizienzsymptome beschränkt, könnten β1-ECII-homologe Peptide als Antikörper-Fänger bei Antikörper-positiven Patienten nun einen kausalen Therapieansatz darstellen. In diesem Zusammenhang wurden ein aus 25 Aminosäuren bestehendes zyklisches Peptid, eine aus 18 Aminosäuren bestehende Zyklopeptid-Mutante und ihre jeweiligen linearen Äquivalente im Rattenmodell auf Antikörper-neutralisierende Effekte und potentielle therapeutische Wirksamkeit getestet. Das Rattenmodell ist hierfür besonders geeignet, da die Aminosäuresequenz der funktionell wichtigen zweiten extrazellulären Domäne des β1-adrenergen Rezeptors (β1-ECII) bei Mensch und Ratte absolut identisch ist. Auf immunologischer Ebene konnte der Titer der krankheitsinduzierenden β1-ECII-Antikörper bereits nach der ersten Applikation zyklischer Peptide relevant gesenkt werden und nahm im weiteren Verlauf der Behandlung kontinuierlich ab. Nach Zyklopeptidgabe kam es am Herzen zu einer Reduktion des linksventrikulären Durchmessers und zu einer fast vollständigen Normalisierung der anatomischen Proportionen. Auf die Morphologie der Myozyten selbst und auch den Kollagengehalt des Gewebes hatte die Zyklopeptidtherapie keinen wesentlichen Einfluss. Die funktionellen Eigenschaften des Herzens ließen sich durch die Neutralisation stimulatorischer β1-ECII-Antikörper mittels intravenöser Zyklopeptidapplikation deutlich verbessern: Die Verkürzungsfraktion des linken Ventrikels und der Herzindex als Parameter für die kardiale Leistungsfähigkeit konnten durch die Behandlung wieder weitgehend normalisiert werden. Diese im Tiermodell erzielten Ergebnisse lassen einen therapeutischen Effekt der Zyklopeptide vermuten. Der Ansatz einer spezifisch gegen Antikörper gerichteten Therapie zur Behandlung von Patienten mit β1-Antikörper-positiver Herzinsuffizienz erscheint daher vielversprechend. / Cardiomyopathies are disorders of the heart with particular morphological and physiological characteristics. Cardiomyopathies with unknown origin resulting in progressive left ventricular dilatation and reduced cardiac contractility are named idiopathic dilated cardiomyopathy (DCM). It is the most common cause of heart failure with its associated severe limiting symptoms in young adults. Besides the compromised cardiac function, those patients frequently also exhibit alterations in the humoral and cellular immunity. Some of them develop autoantibodies targeting and activating the cardiac β1-adrenergic receptor similar to its natural ligand epinephrine with a subsequent chronic overstimulation and a decline in left ventricular contractile function. Since the therapy of antibody mediated immune cardiomyopathy has been restricted to the treatment of the heart failure and its concomitant symptoms β1-ECII homologous peptides may constitute a new approach by neutralizing harmful antibodies. Therefore, a 25 amino acid cyclic peptide, a 18 amino acid cyclic peptide mutant, and their linear equivalents were tested for antibody scavenging and potential therapeutic effects in the rat. The rat model was chosen because the amino acid sequence of the functionally important second extracellular loop of the β1-adrenergic receptor (β1-ECII) is completely homologous between human and rat. In contrast to linear peptides, cyclic peptides significantly reduced the β1-ECII antibody titer despite continuous immunization with the disease inducing antigen. Cyclopeptides also achieved a nearly complete restitution of the left ventricular proportions without a significant change in cardiomyocyte morphology or collagen content. In addition, important cardiac parameters such as fractional shortening and cardiac index were clearly improved. The results obtained suggest a therapeutic effect of the applied cyclopeptides. Thus, epitope mimicking cyclic antibody scavengers may open up new perspectives in the treatment of β1-antibody positive heart failure in humans.

Der Morbus Fabry ist eine X-chromosomal rezessive, lysosomale Speicherkrankheit, die durch eine Mutation im α - Galactosidase A Gen verursacht wird. Dadurch werden unter anderem Bestandteile der Plasmamembran (Globotriaosylceramide) nicht mehr degradiert und sie akkumulieren intrazellulär. Daraus resultiert, vom anfänglichen Einzelzellschäden, letzten Endes ein oftmals schwerer Organschaden mit Funktionsausfällen. Die einzige kausale Therapie besteht in der Substituierung des betroffenen Enzyms. Der Morbus Fabry äußert sich klinisch als eine Multisystemerkrankung mit hauptsächlich renaler, nervaler, sowie kardialer Beteiligung. Vor allem letztere ist maßgeblich für die verkürzte Lebenserwartung verantwortlich. Die Patienten entwickeln mit Progression der Erkrankung häufig eine linksventrikuläre Hypertrophie, eine Herzinsuffizienz und durch die zunehmende Akkumulation der Globotriaosylceramide entsteht im Verlauf ein fibrotischer Umbau im Myokard. Dies ist möglicherweise auch der Entstehungsort für maligne Rhythmusstörungen. Wissenschaftlich erforscht ist, dass supraventikuläre sowie ventrikuläre Tachykardien bzw. Bradykardien bis hin zu Asystolie/Pausen bei diesen Patienten auftreten können. Ebenso weiß man, dass man mit Hilfe von so genannten Event Recordern, die kontinuierlich die elektrische Herzaktivität überwachen und die Daten via Telemetrie an ein Zentrum senden, die Detektionsrate von Rhythmusstörungen erhöhen kann. Aber ob solch ein Event Recorder auch bei Patienten mit fortgeschrittener Fabry - Kardiomyopathie einen Nutzen hat und sie bei diesen Patienten zur Detektion von malignen Rhythmusstörungen beitragen ist bisher unklar und Thema dieser Studie. Insgesamt implantierte man 16 Patienten (12 Männer / 4 Frauen), mit einem gesicherten Morbus Fabry, einen Event Recorder. Sie erhielten 7,4 ± 4,5 Jahren die Enzymersatztherapie, wurden über einen Zeitraum von 0,3 - 2 Jahren beobachtet und übertrugen ihre Daten durchschnittlich 14 ± 11 mal pro Monat. Dabei konnten insgesamt 8547 klinisch relevante Übertragungen aufgezeichnet werden, die entsprechend der Studieneinteilung in Asystolie, Bradykardie, Vorhofflimmern, und ventrikuläre Tachykardie eingeteilt worden sind. Asystolie Episoden, mit elektrischen Pausen von 3,3 bis 4,4 Sekunden, wurden insgesamt 66-mal bei 4 Patienten mit dem Event Recorder aufgezeichnet. Über 8000 Bradykardien konnten bei 6 Männern und 1 Frau dokumentiert werden, darunter ein AV-Block II° Typ Mobitz mit ei ner 2:1 Überleitung. Fast 370-mal konnte ein intermittierendes Vorhofflimmern bzw. Vorhofflattern, mit Flimmerzeiten von 10 Sekunden bis maximal 86400 Sekunden, dargestellt werden. Bei insgesamt 5 Patienten konnten 10 ventrikuläre Tachykardie – Episoden, mit einer maximalen Herzfrequenz 206 Schlägen / min, durch den Event Recorder aufgezeichnet werden. So konnten selbst bei dieser kleinen Kohorte, mit dem Event Recorder, viele klinisch relevante Herzrhythmusstörungen detektiert werden. Auf Grundlage dieser Daten sprach man im Verlauf bei den entsprechenden Patienten eine Empfehlung zur Therapieänderungen aus um klinische Komplikationen zu verhindern. Dies führte letzten Endes zu der Schlussfolgerung, dass der Einsatz von Event Recordern sicherlich ein sehr nützliches diagnostisches Instrument zur Detektion von malignen Rhythmusstörungen bei Patienten mit einer fortgeschrittenen Fabry-Kardiomyopathie ist. Es sollte nun weiter geprüft werden, ob der Event Recorder bereits in früheren Stadien des Morbus Fabry zum Einsatz kommen sollte. / Patients with fabry cardiomyopathy often develop clinically relevant arrhythmias that increase the risk of sudden death. Patients with Fabry cardiomyopathy progressively develop myocardial fibrosis, and sudden cardiac death occurs regularly. Because 24-hour Holter electrocardiograms (ECGs) might not detect clinically important arrhythmias, we tested an implanted loop recorder for continuous heart rhythm surveillance and determined its impact on therapy. This prospective study included 16 patients (12 men) with advanced Fabry cardiomyopathy, relevant hypertrophy, and replacement fibrosis in “loco typico.” No patients previously exhibited clinically relevant arrhythmias on Holter ECGs. Patients received an implantable loop recorder and were prospectively followed with telemedicine for a median of 1.2 years (range 0.3 to 2.0 years). The primary end point was a clinically meaningful event, which required a therapy change, captured with the loop recorder. Patients submitted data regularly (14 – 11 times per month). During follow-up, 21 events were detected (including 4 asystole, i.e., ECG pauses ‡3 seconds) and 7 bradycardia events; 5 episodes of intermittent atrial fibrillation (>3 minutes) and 5 episodes of ventricular tachycardia (3 sustained and 2 nonsustained). Subsequently, as defined in the primary end point, 15 events leaded to a change of therapy. These patients required therapy with a pacemaker or cardioverteredefibrillator implantation and/or anticoagulation therapy for atrial fibrillation. In conclusion, clinically relevant arrhythmias that require further device and/or medical therapy are often missed with Holter ECGs in patients with advanced stage Fabry cardiomyopathy, but they can be detected by telemonitoring with an implantable loop recorder.

Diese Dissertation untersucht das Phänomen Stress im Zusammenhang mit der Tako-Tsubo-Kardiomyopathie. Sie ist eine der ersten Arbeiten, die insbesondere die Stressverarbeitung der Betroffenen mit standardisierten Messverfahren analysiert. In einer retrospektiven Querschnittsstudie wurden mit Hilfe von zwei Fragebögen soziodemographische, medizinische und psychologische Aspekte dieser Erkrankung erfasst; insbesondere wurde die Stressverarbeitung der Betroffenen mit Hilfe des standardisierten Fragebogens SVF-120 von G. Erdmann und W. Janke erfasst. Es zeigt sich, dass entgegen unserer Erwartung die Stressverarbeitung von Patienten mit Apical Ballooning Syndrom sich nicht von derjenigen von Gesunden oder Myokardinfarkt-Patienten unterscheidet. Jedoch gaben 80 % unserer befragten Patienten an unter akuten oder längerfristigen Stressoren zum Zeitpunkt des Anfalls gelitten zu haben. Ein Zusammenhang zwischen Stress und der Stressherzerkrankung ist also naheliegend, jedoch scheint eine pathologische Stressverarbeitungsweise nicht der entscheidende Aspekt in der Pathogenese zu sein. / This dissertation analyzes the phenomenon “stress” in connection with the psychosomatic disease “Tako Tsubo cardiomyopathy”. The research paper is one of the first, which focuses on the psychological aspect of this illness and investigates the stress management by using standardized instruments. Sociodemographic, medical and psychological aspects of the Tako Tsubo cardiomyopathy were measured by means of two questionnaires; the stress management of the patients’ particularly was evaluated by the standardized questionnaire “SVF-120” published by G. Erdmann and W. Janke. Contrary to expectations the result does not reveal any difference in stress management of Tako-Tsubo-patients compared with healthy control group or cardiac infarction patients. Indeed 80% of our interviewed patients declared that they suffered from an acute or long-term stressor at the time of their attack. A connection between stress and stress-cardiomyopathy seems to be obvious, but a chronic pathological stress management does not seem to be the determining aspect.

Die Friedreich-Ataxie ist eine autosomal-rezessiv vererbte neurodegenerative Erkrankung, die sich meistens vor dem 20. Lebensjahr manifestiert. Der Erkrankung liegt eine GAA-Trinukleotid-Expansion im FXN-Gen (Chromosom 9q13) zu Grunde. Diese Mutation führt zu einer verminderten Bildung von Frataxin, wodurch es zur Eisenanreicherung in den Mitochondrien kommt. Diese Eisenakkumulation führt zu oxidativem Stress und mitochondrialer Dysfunktion, die sich vor allem in Gewebe mit einem hohen Anteil an Mitochondrien, wie z.B. Nerven- und Herzgewebe, findet. Die neurologischen Symptome (Ataxie, Dysarthrie, Areflexie und Sensibilitätsstörungen) manifestieren sich meist während der Pubertät und verschlechtern sich im Verlauf, sodass die meisten Patienten bereits vor Erreichen des 30. Lebensjahres an den Rollstuhl gebunden sind. Die neurologische Beteiligung ist bereits gut beschrieben und wird am besten durch den ICARS Score dargestellt. Neben der neurologischen Beteiligung leiden die Patienten an einer hypertrophen Kardiomyopathie und Diabetes mellitus. Die hypertrophe Kardiomyopathie verläuft, wie auch die neurologische Beteiligung, progredient und ist die häufigste Todesursache bei Patienten mit Friedreich-Ataxie. Die kardiale Beteiligung, deren Ausprägung sehr variabel ist, wurde bisher noch nicht gut erforscht. 2012 wurde in einer Studie ein Algorithmus vorgeschlagen, um die Kardiomyopathie in der Friedreich-Ataxie zu beurteilen. Diese Studie, deren Einteilung vor allem auf der echokardiographischen Morphologie und der globalen linksventrikulären Funktion basiert, ist eine Querschnittsstudie und daher nicht geeignet, um den Verlauf der Erkrankung zu beschreiben. Von anderen hypertrophen Kardiomyopathien weiß man, dass Auffälligkeiten im EKG, Myokardfibrose (dargestellt durch kardiales MRT mit LE-Darstellung) und kardiale Biomarker entscheidend sind, um das Stadium der Herzbeteiligung zu beschreiben. Es wurden 32 Patienten (Alter 33 ± 13) mit molekulargenetisch bestätigter Friedreich-Ataxie untersucht. Alle Patienten erhielten ein Ruhe-EKG, ein Langzeit-EKG, ein Belastungs-EKG, eine Langzeitblutdruckmessung, eine Echokardiographie mit Speckle Tracking, eine kardiale MRT mit LE als Marker für myokardiale Fibrose und eine Messung von hsTNT. Zusätzlich wurden die morphologischen Parameter der Echokardiographie retrospektiv mit vor fünf Jahren erhobenen Befunden verglichen. Basierend auf Kriterien, die die EF (< 55 %), die linksventrikuläre enddiastolische Dicke der Hinterwand (LVPWD ≥ 11 mm), myokardiale Fibrose im kardialen MRT, hsTNT ≥ 14 ng/ml und/oder negative T-Wellen beinhalten, konnte bei nahezu allen (bis auf zwei Patienten) eine Kardiomyopathie nachgewiesen werden (94 %). Diesen Kriterien zu Grunde liegend schlagen wir die folgende Einteilung vor: a) early Cardiomyopathy (n=5, 16 %; nur negative T-Wellen) b) intermediate Cardiomyopathy (n=4, 12 %; negative T-Welle mit linksventrikulärer Hypertrophie aber ohne myokardiale Fibrose) c) severe Cardiomyopathy (n=13, 41 %; myokardiale Fibrose mit erhöhtem hsTNT) d) end-stage Cardiomyopathy (n=8, 25 %; EF < 55 %). Alle Patienten mit end-stage Cardiomyopathy weisen Fibrose im kardialen MRT, negative T-Wellen im EKG, deutlich erhöhte hsTNT-Werte und eine Abnahme der linksventrikulären Wanddicke in den letzten fünf Jahren auf (von 10,7 ± 1,2 mm auf 9,5 ± 1,3 mm, p = 0,025). Zusätzlich hatten 38 % (n=3) dieser Patienten supraventrikuläre Tachykardien im Langzeit-EKG. Eine umfassende kardiale Untersuchung wird bei fast allen Friedreich-Ataxie-Patienten eine Kardiomyopathie zeigen, mit Auffälligkeiten im Ruhe-EKG als frühestes Zeichen. Fortgeschrittene Stadien sind durch erhöhtes hsTNT und myokardiale Fibrose charakterisiert. Die myokardiale Fibrose führt zum Rückgang der linksventrikulären Hypertrophie, zur Reduzierung der globalen myokardialen Funktion und zu elektrischer Instabilität. Unter Berücksichtigung aller genannten Ergebnisse empfiehlt diese Studie bei Patienten mit Friedreich-Ataxie mindestens einmal eine Untersuchung mit hochentwickelter Bildgebung, Elektrokardiographie und Biomarkern im Blut durchzuführen. / Background Patients with the autosomal recessive inherited Friedreich’s ataxia can develop a hypertrophic cardiomyopathy (CM) which can progress towards life limiting cardiac disease. The typical feature of the CM and the sequence of progression are widely unknown. Methods: 32 consecutive patients with a genetically confirmed Friedreich’s ataxia were included in this study. All patients received a complete cardiological check-up, which included a resting electrocardiogram (ECG), a 24-hour Holter ECG, a standard echocardiography (for morphology), speckle tracking, a cardiac magnet resonance tomography with late enhancement imaging (for fibrosis), a 24-hour blood pressure measurement, a blood test for high sensitive troponin-T (TNT), and a neurological examination where the International Cooperative Ataxia Rating Scale (ICARS) was evaluated. In addition, morphological echocardiographic parameters were compared to 3 retrospective echocardiographic evaluations during the last 5 years. Results By combining electrical information (=T-wave negativations), morphological- (=end-diastolic wall thickness of the posterior wall) and functional parameters (=global ejection fraction (EF)), the presence of fibrosis (=late enhancement (LE) imaging positive segments) and biomarkers for cardiac damage (=TNT) in almost all patients a CM could be detected (n=30, 94%) and a staging in early, intermediate, severe and end-stage CM was suggested. The early CM (n=5, 13%) is characterized by only T negativations. Patients in the intermediate CM (n=4, 12%) have all T negativations and in addition left ventricular hypertrophy (≥10mm) but no LE positive myocardium. In contrast, the severe CM (n=13, 41%) is characterized by a patchy LE distribution in the left ventricle and an increased TNT in all patients. Only patients with an end-stage CM (n=8, 25%) have a reduced EF. These endstage patients had all LE positive myocardium, all elevated TNT and all T negativations and interestingly showed already a decrease in wall thickness which could be documented by the comparison to the retrospective data. Typical Holter-ECG findings in advanced stage CM were supraventricular arrhythmias. Conclusion By a comprehensive cardiac assessment in almost all patients with Friedreich ataxia a cardiomyopathy can be documented with electrocardiographic abnormalities as the earliest signs. In advanced stages myocardial damage documented by elevated TNT and replacement fibrosis leads to decrease of hypertrophy and reduction of global myocardial function.

In der vorliegenden Dissertationsarbeit wurden die kardialen Effekte des C-Typ natriuretischen Peptids (CNP) an wildtypischen Mäusen (Studie 1) und an einem neuen genetischen Mausmodell, mit einer Kardiomyozyten-spezifischen Deletion des Guanylyl-Cyclase B (GC-B) Rezeptors (Studie 2) untersucht. In Studie 1 wurden die Wirkungen von exogenem, synthetischem CNP auf eine durch Druckbelastung-induzierte Herzinsuffizienz in wildtypischen Mäusen (C57Bl6 Hintergrund) untersucht. Dafür wurde CNP parallel zu einer operativen transversen Aortenkonstriktion (TAC) über osmotische Minipumpen in einer Dosierung von 50 ng/kg/min über 14 Tage appliziert. Die 14 Tage TAC führten zu einer ausgeprägten Linksherzhypertrophie. Diese wurde durch exogenes CNP auf zellulärer (verringerte Kardiomyozytenflächen) und molekularer (verringerte BNP mRNA Expression) Ebene signifikant gehemmt. Auch die durch TAC-induzierte linksventrikuläre Dilatation wurde durch exogenes CNP fast vollständig verhindert. Diese kardialen protektiven Effekte von CNP traten ohne eine wesentliche Veränderung des arteriellen Blutdrucks auf. Mögliche mechanistische Ursachen für die schützende Wirkung von CNP könnte die PKG-abhängige Phosphorylierung des sarkomerischen Proteins Titin sein. Eine gesteigerte Phosphorylierung von Titin an der elastischen N2B-Domäne verringert die Steifigkeit der Kardiomyozyten und verbessert somit deren Relaxationsfähigkeit (Hudson 2011). Die erhöhten linksventrikulären Volumina nach TAC (end-diastolische und end-systolische Volumina) wurden möglicherweise durch eine erhöhte Steifigkeit der Kardiomyozyten provoziert. Dies könnte durch den akuten IL-6 mRNA Anstieg nach TAC begünstigt werden, da Kruger et al. einen Zusammenhang zwischen passiver Steifigkeit der Kardiomyozyten und IL-6-Expression postulierten (Kotter 2016, Kruger 2009). Diese Veränderungen wurden durch exogenes CNP verhindert. Es ist wahrscheinlich, dass die CNP-induzierte Phosphorylierung von Titin an Serin 4080 in die Relaxationsfähigkeit der Kardiomyozyten und somit die diastolische Funktion des linken Ventrikels verbesserte. Aufgrund dieser Beobachtungen wurde in Studie 2 untersucht, ob auch endogenes CNP als parakrines Hormon im Herzen eine TAC-induzierte Herzhypertrophie und die kontraktile Funktion von Kardiomyozyten bei einer hypertensiven Herzerkrankung beeinflussen kann. Dafür wurde ein neues genetisches Mausmodell mit einer Kardiomyozyten-spezifischen Deletion des GC-B Rezeptors generiert (CM GC-B KO). Da vorangegangene Studien in unserer Arbeitsgruppe zeigten, dass die basale CNP-Expression im Herzen sehr gering ist, nach 3-tägiger TAC aber akut ansteigt und nach 14-tägiger TAC wieder abfällt, haben wir CM GC-B KO Mäuse und deren Geschwister-Kontrolltiere an beiden Zeitpunkten nach TAC untersucht. Die TAC führte Genotyp-unabhängig zu einem Anstieg der kardialen Nachlast nach 3 Tagen und weiter nach 14 Tagen. Diese Druckbelastung provozierte eine progressive, signifikante Linksherzhypertrophie. Allerdings reagierten die CM GC-B KO Mäuse im Vergleich zu den Kontrolltieren bereits nach 3-tägiger TAC mit einer ausgeprägten Kardiomyozyten-Hypertrophie. Zudem beobachteten wir nach 3-tägiger TAC in den Knockout-Mäusen eine Abnahme der Ejektionsfraktion und gleichzeitig eine signifikante Zunahme der beiden linksventrikulären Volumina (end-diastolische und end-systolische Volumen). Diese frühe linksventrikuläre Dilatation wurde in den Kontrolltieren nicht beobachtet. Daraus schlussfolgerten wir, dass endogenes kardiales CNP, dessen Expression zu frühen Zeitpunkten nach Druckbelastung ansteigt, das Herz vor kontraktiler Dysfunktion und Dilatation schützen kann. Um mögliche Mechanismen für die protektive Wirkung von endogenem CNP zu erklären, untersuchten wir die IL-6 mRNA Expression sowie die Titin-Phosphorylierung im Herzen. Der akute Anstieg der IL-6 mRNA Expression nach 3-tägiger TAC in den CM GC-B KO Mäusen korreliert mit der verminderten Phosphorylierung von Titin an der PGK-spezifischen Phosphorylierungsstelle (Serin 4080). Somit könnte der CNP/GC-B/cGMP-Signalweg zu einer Inhibition pro-inflammatorischer Gene beitragen, da der akute IL-6 mRNA Anstieg in den Kontrollen nicht beobachtet wurde. Auch die gesteigerte NOX4 Expression 3 Tage nach TAC, könnte zu der frühen dilatativen Kardiomyopathie in den Knockout-Mäusen beigetragen haben. Die verringerte STAT3 Aktivierung in den CM GC-B KO Mäusen würde laut Literatur zu vermehrter Apoptose führen, indem pro-apoptotische Gene wie Bcl oder Bax vermehrt transkribiert werden. Auch die erhöhte Cxcl-1 mRNA Expression in den Knockout-Mäusen deutet zusammen mit dem IL-6 Anstieg auf vermehrte Entzündungsreaktionen 3 Tage nach TAC hin. Zusammengenommen deuten die Ergebnisse dieser Dissertationsarbeit darauf hin, dass der CNP/GC-B/cGMP-Signalweg in frühen Stadien einer erhöhten kardialen Druckbelastung und der Entstehung einer dilatativen Kardiomyopathie entgegenwirken kann. Die Phosphorylierung des sarkomerischen Proteins Titin und die Hemmung der Expression pro-inflammatorischer Zytokine (speziell IL-6) könnten zu diesem protektiven Effekt beitragen. / Here we investigated cardiac effects of c-type natriuretic peptide (CNP) in wildtype mice (study 1) and in a newly generated mouse model with cardiomyocyte-specific deletion of the guanylyl cyclase B (GC-B) receptor (study 2). In study 1 the effects of exogenous, synthetic CNP were investigated in wildtype mice (C57Bl6 background) after heart failure induced by pressure overload. Therefore, additionally to transverse aortic constriction (TAC) CNP (50 ng/kg/min) was administered via osmotic minipumps for 14 days. TAC provoked progressive heart hypertrophy. The TAC-induced hypertrophy was accompanied by enlarged cardiomyocyte areas and increased left ventricular mRNA levels of BNP. CNP significantly reduced cardiomyocyte areas and mRNA levels of BNP. Also, the TAC-induced left ventricular dilatation was almost prevented through synthetic CNP. These cardiac protective effects of CNP were accompanied by increased phosphorylation of the sarcomeric protein titin. Titin plays a critical role in maintaining the sarcomere structure and elasticity and thereby influences myocyte contraction and especially relaxation. The left ventricular end-diastolic and end-systolic volumes were significantly increased after TAC. The increased left-ventricular (end-diastolic and end-systolic) volumes after TAC are maybe provoked by an increased cardiomyocyte stiffness. The acute rise in IL-6 mRNA levels after TAC may favour these change, since Kruger et al postulate a relationship between passive cardiomyocyte stiffness and IL-6 expression. These changes were prevented by exogeneous CNP. Presumably, the CNP induced phosphorylation of titin on Serin 4080 within its elastic domain improves the cardiomyocyte relaxation and therefore the left-ventricular diastolic function. Because of these observations, we investigated in study 2, whether endogenous CNP as a paracrine hormone can affect TAC-induced hypertrophy and contractile function of cardiomyocytes. Therefore, we generated a new genetic mouse model with a cardiomyocyte specific deletion of the GC-B receptor (CM GC-B KO). Since previous studies in our group demonstrated that cardiac baseline expression levels of CNP are very low, but they markedly increased 3 days after TAC and decline to baseline levels 14 days after TAC, CM GC-B KO mice and control littermates were investigated at both timepoints after TAC. TAC resulted in increased cardiac afterload after 3 days, and more after 2 weeks, which was similar in both genotypes. Pressure overload provoked a progressive and significant cardiac hypertrophy, shown by the increased heart weight/body weight ratios, and were confirmed by histology. More severe myocyte hypertrophy was shown 3 days after TAC in CM GC-B KO mice, compared with control mice. Left ventricular contractile functions were also investigated by invasive catheterization in anesthetized mice. Notably, while in control mice subjected to TAC the LV ejection fraction was only mildly decreased, the KO mice reacted with a very marked and early decrease of the ejection fraction at three days after TAC, which tend to improve later on. Even more, the left ventricular end-diastolic and end-systolic volumes were markedly increased in the KO mice 3 days after TAC, indicating left ventricular dilatation. Again, this acute dilatation seems to reverse or improve at later stages. Such changes were not observed in control mice. To clarify possible downstream signalling pathways mediating these protective effects of CNP, we investigated titin-phosphorylation and IL-6 expression after 3 days of TAC. The acute increased IL-6 mRNA expression correlates well with the diminished phosphorylation of titin (serin 4080) in CM GC-B KO mice. Also, the increased NOX4 expression 3 days after TAC, could be one of the reasons of the early dilatation in KO mice. The diminished phosphorylation of STAT3 in CM GC-B KO mice may induce apoptosis by transcription of Bcl or Bax genes. Also, the increased mRNA expression of Cxcl-1 and IL-6 after 3 days of TAC can lead to more inflammation the hearts of the KO mice. In summary, these results show, that the CNP/GC-B/cGMP pathway can prevent cardiac dilatation in early stages. The phosphorylation of titin and the inhibition of the pro-inflammatory cytokines can contribute to this protective effects of CNP in the heart.

Longitudinale Untersuchungen der kardialen Morphologie von knockin-Mäusen mit humanen Myosinmutationen / Longitudinal analyses of cardiac morphology in knockin mice carrying human myosin mutations

Patienten mit fortgeschrittenem Morbus Fabry neigen zu einer Vielzahl an kardiologischen Symptomen, u.A. Herzrhythmusstörungen. Diese sind prognostisch natürlich relevant. Um diese detektieren zu können, erhielten unsere Patienten implantierbare Loop-Recorder. Schon in der ersten Studie konnten so einige signifikante Herzrhythmusereignisse diagnostiziert und eine klinische Konsequenz daraus gezogen werden. Diese Studie stellt nun ein 2-Jahres-Follow-Up zur ersten Studie dar. / Patients with anderson-fabry disease show a variety of cardiac symptoms including arrhythmias, which are crucially relevant in terms of prognosis. In order to detect those, we used implantable loop recorders. Some cardiac events could already be detected in the first study, each of which had a certain clinical consequence. This study now aims to do a 2 year follow-up.

Kardiomyopathien (KMP) sind bei Katzen die häufigste kardiovaskuläre Erkrankung und ein wichtiger Grund für Morbidität und Mortalität (FOX et al. 1995). Die morphologische und strukturelle Veränderung des Myokards entsteht definitionsgemäß in Abwesenheit von Klappenerkrankungen, kongenitalen Defekten oder koronaren Gefäßerkrankungen. Unterschieden werden können primäre und sekundäre Kardiomyopathien. Primäre Kardiomyopathien (1°KMP) sind genetisch oder idiopathisch bedingt. Anhand des Phänotyps können hypertrophe (HKMP), restriktive (RKMP), unklassifizierte (UKMP), dilatative (DKMP) und arrhythmogene rechtsventrikuläre (ARVC) Kardiomyopathie unterschieden werden. Sekundäre Kardiomyopathien (2°KMP) werden durch eine systemische Erkrankung ausgelöst. Als Ursachen werden insbesondere Hyperthyreose, systemische Hypertension, Myokarditis, Taurinmangel, Kortikosteroidapplikation, chronische Niereninsuffizienz (CNI), anhaltende Tachyarrhythmie, Diabetes mellitus, Anämie, Neoplasie, Anthrazykline, Hypersomatotropismus, Sepsis und Myopathie beschrieben. In der Literatur machen die sekundären Kardiomyopathien bisher noch einen relativ geringen Anteil der Kardiomyopathien aus. Die für diese Untersuchung ausgewerteten Daten von Katzen mit Myokarderkrankungen wurden innerhalb von 29 Monaten erhoben. Einschlusskriterien waren das Vorliegen des Signalements, der Anamnese, des Blutdrucks und einer standardisierten echokardiografischen Untersuchung. Außerdem musste zur Erfassung der häufigsten auslösenden Erkrankungen bei Patienten über neun Jahren das Gesamtthyroxin erfasst worden sein, bei Polyurie und Polydipsie die Parameter Harnstoff, Kreatinin und Glukose und bei blassen Schleimhäuten der Hämatokrit. Von den 106 Katzen, die den Einschlusskriterien entsprachen, machte die 2°KMP mit 50 Katzen (47%) den größten Anteil aus. Zweithäufigste Kardiomyopathie war die HKMP mit 39 Fällen (37%), gefolgt von UKMP (9 Katzen, 8%), RKMP (6 Katzen, 6%) und DKMP (2 Katzen, 2%). Das Signalement der Katzen mit 82 EKH (77%) eine signifikante Häufung dieser Rasse, die aber der Verteilung der Rassen im Patientengut entspricht (p<0,001). Im Mittel waren die Katzen 9 Jahre alt (1-17 Jahre). Die Katzen mit HKMP waren signifikant jünger als die Katzen der anderen Gruppen (p<0,001). Die Katzen über 12 Jahre zeigten signifikant häufiger eine 2°KMP als eine 1°KMP (p=0,001). Mit 74% (n=78) waren Kater signifikant häufiger betroffen als Kätzinnen (p=0,001). Die 28 Kätzinnen waren mit 64% (n=18) häufiger an einer 2°KMP erkrankt als an einer primären Kardiomyopathie (p=0,03). Beim Gewicht (mittleres Gewicht 4,7 kg, Median 4,2 kg; 2-9 kg) zeigten sich keine relevanten Unterschiede zwischen den Gruppen. Das häufigste Symptom war bei 37% der Katzen (n=38) Dyspnoe. Weitere respiratorische Probleme waren Husten (n=5, 5%) und Maulatmung (n=3, 3%). Bei sechs Tieren (6%) lag eine arterielle Thrombembolie mit Paraplegie vor. Aszites und subkutane Ödeme waren bei je zwei Tieren (2%) auffällig. 11% der Katzen (n=12) hatten einen anderen Vorstellungsgrund: bei sieben Katzen lag eine Harnabsatzstörung (feline lower urinary tract disease) und bei fünf ein Trauma vor. Bei der kardialen Auskultation waren 53 (50%) Katzen mit einem systolischen Herzgeräusch vom Lautstärkegrad 1-4/6 auffällig. Signifikant häufiger als in den anderen Gruppen war bei den Katzen mit HKMP ein Herzgeräusch zu verzeichnen (p <0,001). Bei 48 (45%) Katzen lag ein Galopprhythmus vor, bei 11 der Tiere (10%) in Kombination mit einem Herzgeräusch. Die Katzen mit Galopprhythmus waren signifikant häufiger dekompensiert als die mit Herzgeräusch oder ohne abnormen Auskultationsbefund (p=0,001). Die kardiogene Dyspnoe als häufigster Vorstellungsgrund (n=38) wurde in 45% (n=17) der Fälle durch ein Lungenödem, in 26% (n=10) durch einen Pleuraerguss und in 29% (n=11) durch die Kombination beider bedingt. Katzen mit RKMP hatten signifikant häufiger einen Pleuraerguss als Katzen der anderen Gruppen (p=0,001). Von den Katzen mit UKMP lag hingegen häufiger ein Lungenödem vor (p=0,016). Aszites trat bei keiner Katze mit HKMP und RKMP auf. Alle Katzen mit RKMP und DKMP gehörten der ISACHC-Klasse 3 (International Small Animal Cardiac Health Council) an (p<0,001). Sieben der neun Katzen mit UKMP (78%) entsprachen ebenfalls dieser Klasse. Die Katzen mit RKMP zeigten die am stärksten ausgeprägte linksatriale Dilatation (LADs 27,4 mm; 23,8-30,5 mm), die mit 2°KMP die am wenigsten ausgeprägte (19,2 mm; 13,4-28,2 mm). Innerhalb der 2°KMP (n=50) lag bei 19 Katzen eine Hyperthyreose, bei 16 CNI und bei 15 Tieren systemische Hypertension vor. Weitere Ursachen waren Glukokortikoidgabe (n=4), Anämie (n=2), Diabetes mellitus (n=2) und schwere Lungenerkrankung oder Pyothorax (n=4). Eine Kombination dieser Erkrankungen bestand bei 24% (n=12) der Katzen. Unter Vernachlässigung potentiell auslösender Erkrankungen ergab eine Klassifizierung der 50 Katzen mit 2°KMP anhand des Phänotyps bei 68% (n=34) eine HKMP. Eine UKMP machte 18% (n=9) und eine RKMP 14% (n=7) aus. Hyperthyreose auch in Kombination mit anderen Erkrankungen war in 84% (16/19) ebenso wie systemische Hypertension in 80% (12/15) mit linksventrikulärer Hypertrophie assoziiert. Mit 47% übersteigt die Häufigkeit der 2°KMP deutlich die Angaben in der Literatur. Zusätzliche Fälle können als 1°KMP fehlinterpretiert worden sein, während eine erworbene Begleiterkrankung neben einer 1°KMP fälschlicherweise als 2°KMP gewertet sein kann. In jedem Fall betonen die Ergebnisse dieser Untersuchung aber die Wichtigkeit weiterführender diagnostischer Schritte, um Erkrankungen mit Auswirkungen auf das Myokard zu identifizieren. Inwieweit eine kausale Therapie die Rückbildung myokardialer Veränderungen erlaubt, müssen weitere Untersuchungen klären.

G-Protein-gekoppelte Rezeptoren (GPCR) nehmen eine Schlüsselfunktion bei zahlreichen (patho)-physiologischen Prozessen ein und sind daher von herausragender Bedeutung für die Forschung und Entwicklung pharmakologischer Wirkstoffe. Jedoch sind sowohl die physiologische Funktion als auch endogene Liganden von etwa 100 dieser Rezeptoren bis heute nicht bekannt. Das Verständnis der Funktion jedes einzelnen dieser sogenannten orphanen Rezeptoren könnte potentiell ganze Forschungsfelder mit neuen therapeutischen Optionen für den Menschen eröffnen. Beim GPR133/ADGRD1 handelt es sich um einen dieser orphanen Rezeptoren. Über genomweite Assoziationsstudien konnten Varianten des GPR133-Gens im Menschen bereits unter anderem mit einer veränderten Herzfrequenz, Körpergröße und Knochendichte in Verbindung gebracht werden. Welche exakte Rolle der Rezeptor dabei im Menschen oder anderen Organismen spielt, konnte bis heute nicht geklärt werden. Das Ziel der hier vorliegenden Arbeit war es deshalb, die physiologische Bedeutung des GPR133 mit Hilfe eines Knockout-Mausmodells zu charakterisieren. Die Verpaarung von heterozygot transgenen Weibchen und Männchen resultierte in gesunden Nachkommen ohne makroskopische Auffälligkeiten. Expressionsdaten sowie publizierte Assoziationsstudien legten eine Funktion des GPR133 im Herz, in glatter Muskulatur und in der Wirbelsäule nahe. Deshalb wurden zunächst diese Organe und Gewebe im Mausmodell untersucht. In den Herzen von GPR133-defizienten Mäusen (KO) konnten im Vergleich zu Wildtyp-Mäusen Veränderungen gefunden werden, welche der im Menschen vorkommenden dilatativen Kardiomyopathie (DCM) entsprachen. Auch zeigten die KO-Mäuse eine deutlich reduzierte kardiovaskuläre Belastungsfähigkeit. Weiterhin konnte in KO-Mäusen eine zumindest in der Harnblase verminderte Muskelkontraktilität, in den Wirbelkörpern eine niedrigere Knochendichte und im zur Bandscheibe gehörenden Nucleus pulposus veränderte Zelleigenschaften identifiziert werden. Welche (patho)-physiologischen Auswirkungen diese gefundenen Veränderungen für die GPR133-KO-Mäuse haben und inwieweit dies auf den Menschen übertragbar ist, konnte nicht abschließend geklärt werden. Mit der DCM konnte jedoch eine Verbindung zu einer schwerwiegenden Erkrankung beim Menschen hergestellt werden.

Molekularbiologische Untersuchungen der Blut-Hirn-Schranke nach Subarachnoidalblutung wurden bisher nur an In-vivo-Modellen durchgeführt. In dieser Arbeit konnte erfolgreich ein In-vitro-Modell der Subarachnoidalblutung etabliert werden. Soweit bekannt, handelt es sich um das erste zellkulturbasierte In-vitro-Modell dieser Erkrankung. Nach einer Subarachnoidalblutung besteht ein erhöhtes Risiko ein sekundäres Takotsubo zu entwickeln. Es konnte gezeigt werden, dass Serum von Takotsubo-Patienten eine schädlichere Wirkung auf die zerebellären Endothelzellen, und damit auf die Barrierefunktion der Blut-Hirn-Schranke, hat, als Serum von gesunden Patienten oder von Patienten mit akutem Koronarsyndrom. Gleichzeitig konnten erhöhte Entzündungsmediatoren sowie leicht erhöhte Katecholaminkonzentrationen im Serum der Takotsubo-Patienten gemessen werden. Die bei der Takotsubo-Kardiomyopathie gemessenen Katecholaminkonzentrationen hatten weder einen schädlichen Effekt auf Endothelzellen murinen Ursprungs noch auf Endothelzellen humanen Ursprungs. Somit scheint eher die Kombination von Katecholaminen und proinflammatorischen Zytokinen für die Schädigung der Blut-Hirn-Schranke verantwortlich zu sein. Ob auch andere Blutbestandteile eine Rolle spielen, müssen weitere Untersuchungen noch zeigen. Insbesondere freie Sauerstoffradikale könnten hier eine entscheidende Rolle bei der Schädigung spielen. Unklar ist auch, ob diese Schädigung der Blut-Hirn-Schranke eine Rolle für das neurologische Outcome nach Subarachnoidalblutung mit sekundärem Takotsubo spielt. Hier sind weitere Studien mit größerer Fallzahl erforderlich. Daneben ist Takotsubo eher eine Erkrankung des älteren Patienten. Inwiefern Altersprozesse bei der Pathophysiologie dieser Erkrankung eine Rolle spielen, ist noch unklar. Eine weitere Limitation ist, dass nur ein vereinfachtes Modell der Blut-Hirn-Schranke mit nur einem Zelltyp, den Endothelzellen, verwendet wurde. Andere Zelltypen (wie Perizyten, Astrozyten, Neuronen, Mikroglia) spielen jedoch ebenfalls eine wichtige Rolle bei der Stabilisierung und Aufrechterhaltung der Blut-Hirn-Schranke. / Molecular biological investigations of the blood-brain-barrier after subarachnoid haemorrhage have so far only been carried out using in-vivo-models. In this work, an in-vitro-model of subarachnoid haemorrhage was successfully established. As far as is known, this is the first cell culture-based in-vitro-model of this disease. After a subarachnoid haemorrhage there is an increased risk of developing a secondary Takotsubo. It has been shown that serum from Takotsubo patients has a more damaging effect on cerebellar endothelial cells, (and thus on the barrier function of the blood-brain-barrier), than serum from healthy patients or patients with acute coronary syndrome. At the same time, increased inflammatory mediators and slightly increased catecholamine concentrations were measured in the serum of Takotsubo patients. The catecholamine concentrations measured in Takotsubo cardiomyopathy had neither a harmful effect on endothelial cells of murine origin nor on endothelial cells of human origin. Therefore the combination of catecholamines and proinflammatory cytokines seems to be responsible for the damage to the blood-brain-barrier. Whether other blood components also play a role remains to be seen in further studies. Free oxygen radicals in particular could play a decisive role in the damage. It is also unclear whether this damage to the blood-brain-barrier plays a role in the neurological outcome after subarachnoid haemorrhage with secondary Takotsubo. Further studies with a larger number of cases are required here. In addition, Takotsubo is more commonly a disease of older patients. The extent to which ageing processes play a role in the pathophysiology of this disease is still unclear. A further limitation is that only a simplified model of the blood-brain-barrier with only one cell type, the endothelial cells, was used. However, other cell types (such as pericytes, astrocytes, neurons, microglia) also play an important role in the stabilisation and maintenance of the blood-brain-barrier.