Herzinsuffizienz ist ein weltweites Gesundheitsproblem mit hoher Morbidität und Mortalität und immer noch schlechter Prognose. Ein charakteristisches Merkmal der molekularen und damit verbundenen strukturellen Veränderungen, die der terminalen Insuffizienz vorangehen ist die durch Desensitivierungsmechanismen vermittelte Abnahme des beta-adrenergen (β-AR) Signalmoleküls zyklisches Adenosinmonophosphat (cAMP) auf der einen Seite und der gleichzeitigen Zunahme des von natriuretischen Peptiden (NP) und Stickstoffmonoxid (NO) generierten zyklischen Guanosinmonophosphat (cGMP) auf der anderen Seite. Während hohe cAMP-Spiegel im Herzen als schädlich gelten, werden cGMP-abhängige Signalkaskaden vorwiegend als protektiv verstanden. Amplitude, Lokalisation und Halbwertszeit beider Signalmoleküle werden durch spezifische Enzyme, den Phosphodiesterasen (PDE) reguliert. Unter der PDE-Superfamilie wird die Isoform PDE2 als einzige von cGMP aktiviert, um dann verstärkt cAMP abzubauen und steht damit im Zentrum eines negativen Crosstalks dieser beiden Signalwege. PDE2 ist sowohl in der humanen als auch der experimentellen Herzinsuffizienz hochreguliert und scheint dort am β-AR Desensitivierungsprozess beteiligt zu sein. Im Rahmen dieser Arbeit wurde die pathophysiologische Rolle der PDE2 im Herzen näher charakterisiert. Es wird gezeigt, dass die PDE2 nicht nur in Kardiomyozyten, sondern auch in kardialen Fibroblasten exprimiert wird. In Fibroblasten inhibieren cAMP/cGMP-Signalwege die Transformation von kardialen Fibroblasten (CF) zu Myofibroblasten (MyoCF), einem zellulären Phänotyp, der unter anderem mit der persistenten Fibrotisierung des erkrankten Herzgewebes in Verbindung gebracht wird. In CF führte eine Überexpression von PDE2 zu eine starken Abnahme der basalen und β2-AR-vermittelten cAMP-Synthese und war ausreichend, um in Abwesenheit exogener, pro-fibrotischer Stimuli die Transformation zum MyoCF zu induzieren. In Übereinstimmung zeigten funktionale Analysen mit künstlich hergestelltem Bindegewebe aus PDE2-überexprimierenden CF eine deutliche Zunahme der Gewebssteifigkeit. PDE2 übte keinen Einfluss auf basale oder durch das atriale NP generiertes cGMP aus und reduzierte nur partiell die NO-induzierte cGMP-Akkumulation. Interessanterweise waren beide Stimuli in der Lage, trotz niedriger cAMP-Spiegel die PDE2-induzierte CF-Transformation zum MyoCF zu verhindern und lassen daher eine Redundanz dieser beiden sonst so gegensätzlichen Signalwege vermuten. Zur Untersuchung von PDE2 in Kardiomyozyten wurde ein transgenes (TG) Mausmodell mit spezifischer kardialer Überexpression herangezogen. Die Basalcharakterisierung zeigte eine erniedrigte Herzfrequenz (HR) mit kompensatorisch erhöhter, basaler Kontraktionskraft, sowie eine verminderte Maximalantwort bezüglich der HR nach akuter β-AR Stimulation. Auf molekularer Ebene war dieser Phänotyp mit einer verminderten Phosphorylierung verschiedener β-AR Zielstrukturen wie Troponin I, Phospholamban und Ryanodinrezeptor-2 assoziiert. Langzeitstudien belegten, dass eine Überexpression von PDE2 keine pathologischen Konsequenzen hat, sondern im Gegenteil die durchschnittliche Lebensspanne der Tiere eher verlängerte. Erste Studien im Herzinsuffizienzmodel der transversalen Aortenkonstriktion (TAC) zeigten bisher eine beständig erniedrigte HR und verminderte Wanddicken bei allerdings vergleichbarer Abnahme der kardialen Kontraktionskraft. Trotz der klaren Befunde und neuen Erkenntnisse über die vielfältige Rolle der PDE2 im Herzen lässt sich bisher noch nicht klar belegen, ob eine zusätzliche Aktivierung von myokardialen PDE2 tatsächlich im Sinne einer intrazellulären β-AR-Blockade die Progression zur Herzinsuffizienz verlangsamen oder verhindern könnte. Weitere darauf aufbauende Untersuchungen, wie z.B. eine akut induzierbare Aktivierung bzw. Deaktivierung in experimentellen Herzinsuffizienzmodellen könnten den Weg für die Entwicklung klinisch anwendbarer Ansätze zur therapeutischen Modulation dieser viel versprechenden Zielstruktur ebnen.

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