Das Ubiquitin-Proteasom-System (UPS) spielt eine zentrale Rolle bei kardialen Remodeling-Prozessen infolge von Kardiomyopathie und schwerer Herzinsuffizienz. Das UPS ist für die Protein-Homöostase zuständig, indem es fehlerhafte und fehlgefaltete Proteine durch eine gezielte Markierung mit Ubiquitin dem proteasomalen Abbau zuführt. Die Ultima-Ratio-Therapie von Kardiomyopathie und Herzinsuffizienz ist bis heute die Herztransplantation. Aufgrund der geringen Verfügbarkeit von Spenderherzen ist die Suche nach Alternativen von außerordentlicher Wichtigkeit. Um mögliche neue Therapiestrategien für Kardiomyopathie und schwere Herzinsuffizienz zu entwickeln, ist es deshalb von zentraler Bedeutung das UPS im humanen Myokard zu charakterisieren, um die Zusammenhänge zwischen dem UPS und der Herzmechanik genauer zu verstehen und auf diese therapeutisch einwirken zu können. Die vorliegende Arbeit untersuchte erstmalig das UPS bei fortgeschrittener ischämischer (ICM) und dilatativer Kardiomyopathie (DCM), den beiden häufigsten Indikationen für eine Herztransplantation. Vor diesem Hintergrund wurde in der vorliegenden Arbeit die Funktionsweise des UPS anhand spezifischer Marker genauer untersucht. Zu den untersuchten UPS-Komponenten zählen die Aktivität des Proteasoms, die Ubiquitinierung und die E1-E2-E3-Enzymkaskasde, über die eine Ubiquitinierung erfolgt. Für die Untersuchungen wurden Myokardproben von n=24 ICM- und n=28 DCM-Patienten verwendet, welche im Rahmen der Implantation eines linksventrikulären Herzunterstützungssystems gewonnen wurden. Als Kontrolle (n=12) diente Septumgewebe aus Morrow-Resektionen von Patienten mit Aortenstenose jedoch ohne diagnostizierte hypertrophe Kardiomyopathie und ohne Subaortenstenose. Mittels Western-Blot-Analysen wurde die Ubiquitinierung von Proteinen, die Aktivität der E3-Ligasen Muscle RING-finger protein-1 (MuRF-1) und Muscle atrophy F-box (MAFbx) sowie der Ubiquitin-Linker K48 (Proteasomaler Abbau) und K63 (Autophagie-assoziiierte Prozesse) untersucht. Weiterhin wurde die Aktivität des Trypsin- und Chymotrypsin-ähnlichen katalytischen Zentrums des Proteasoms quantifiziert. Die Aktivität der Nicotinamidadenindinucleotidphosphat (NADPH)-Oxidase wurde ermittelt, um Rückschlüsse auf die Entstehung von reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) ziehen zu können. Des Weiteren wurde die Ubiquitinierung sowie das Auftreten möglicher apoptotischer Vorgänge durch den Nachweis des Apoptose-induzierenden Faktors (AIF) analysiert. ICM- und DCM-geschädigtes Myokard wies deutliche Unterschiede bezüglich verschiedener Komponenten des UPS auf. In ICM- und DCM-Gewebe konnte eine Abnahme des zellulären, freien Ubiquitins im Vergleich zur Kontrollgruppe nachgewiesen werden (p=0,05). ICM-geschädigtes Myokard wies darüber hinaus einen geringen Anteil von Zellen mit Ubiquitin-positiven Ablagerungen, sogenannten Deposits, auf (p=0,03). Die Multi-Ubiquitinierung von Proteinen war im Myokardgewebe von DCM-Patienten deutlich verringert (p=0,02), die Proteinubiquitinierung über K48 und K63 jedoch zwischen den Gruppen vergleichbar. Eine Quantifzierung der verschiedenen katalytischen Zentren des Proteasoms zeigte nur einen statistischen Trend für eine verringerte Aktivität des Trypsin-ähnlichen katalytischen zentrums in ICM-geschädigtem Myokard. Die Expression der E3-Ligasen MAFbx und MuRF-1 unterschied sich nicht zwischen den Gruppen. Im Vergleich zur Kontrolle wiesen die Myokardproben der ICM-Patienten eine verringerte NADPH-Oxidase-Aktivität auf (p=0,01), was auf eine verringerte ROS-Produktion hinweist. Jedoch unterschied sich der Anteil AIF-positiver Zellen und damit die Caspase-unabhängige Apoptose nicht zwischen den Gruppen. Die vorliegende Arbeit zeigt erstmalig, dass sich die Aktivität und Expression verschiedener Komponenten des UPS in ICM und DCM unterscheiden. Deshalb liefern die vorliegenden Daten verschiedene Ansatzpunkte für die Entwicklung neuer therapeutischer Interventionen für die Herzinsuffizienz, um den Bedarf an Spenderherzen zukünftig senken zu können:Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung 1 1.1 Kardiomyopathien 1 1.1.1 Dilatative Kardiomyopathie 4 1.1.2 Ischämische Kardiomyopathie 5 1.2 Kardiales Remodeling 6 1.3 Das Ubiquitin-Proteasom-System 8 1.3.1 Das Proteasom 9 1.3.2 Ubiquitin 10 1.3.3 E1-E2-E3-Enzymkomplex 10 1.3.4 Deubiquitinasen (DUBs) 12 1.4 Therapie 13 2 Zielsetzung 14 3 Material 15 4 Methoden 23 4.1 Probengewinnung 23 4.1.1 Probengewinnung bei LVAD-Implantation 23 4.1.2 Probengewinnung im Rahmen von Morrow-Resektionen 24 4.2 Verarbeitung der Proben 25 4.3 Proteinextraktion und Bestimmung der Proteinkonzentration 26 4.4 Auftrennung von Proteinen durch SDS-Polyacrylamidgelelektrophorese 27 4.5 Western-Blot 28 4.6 Immunhistologische Färbungen 30 4.6.1 Ubiquitin-Färbung 30 4.6.2 Färbung des Apoptose-induzierenden Faktors AIF 31 4.6.3 Hämatoxylin/Eosin-Färbung 31 4.7 Proteasomaktivitätsmessung 32 4.8 NADPH-Oxidase-Aktivitätsmessung 33 4.9 Statistik 34 5 Ergebnisse 35 5.1 Translation von Proteinen 35 5.2 Proteasomaktivität 36 5.3 Expression der E3-Ligasen 38 5.4 Ubiquitinierung 39 5.5 Oxidativer Stress und Apoptose 45 6 Diskussion 49 7 Zusammenfassung 60 8 Literaturverzeichnis 61 9 Abkürzungsverzeichnis 67 10 Abbildungsverzeichnis 69 11 Tabellenverzeichnis 70 Eigenständigkeitserklärung 71 Lebenslauf 72 Danksagung 73

Introduction: Globally, around 2.6 billion people have consumed alcohol in 2017. In the same year, nearly 3 million or 5% of all deaths were attributable to alcohol consumption, the majority of which were non-communicable diseases, such as cancer, digestive and cardiovascular diseases. Chronic heavy alcohol consumption in particular causes harm to the cardiovascular system and is linked to an elevated risk on the occurrence of ischemic heart diseases and cardiomyopathies. The latter constitutes a heterogeneous group of cardiovascular diseases, which can generally be characterized by a weakened heart muscle. The causal link between chronic heavy alcohol consumption and cardiomyopathy has long been recognized, with the Tenth Revision of the International Classification of Diseases (ICD-10) listing alcoholic cardiomyopathy (ACM) as a fully alcohol-attributable diagnosis. For a few, predominately high-income countries, civil registries provide valuable information of ACM mortality. However, for the majority of countries and global population, the cardiomyopathy burden attributable to alcohol consumption needs to estimated. Established methods for estimating alcohol-attributable fractions (AAF), i.e. proportion of an outcome which could be avoided in a scenario of zero alcohol consumption, could not be applied for cardiomyopathy as the link between alcohol consumption levels and risk of cardiomyopathy could not be specified. Accordingly, a global assessment of the contribution of alcohol consumption to the disease burden from cardiomyopathy was lacking. Aims and objectives: First, to develop methods for estimating the contribution of alcohol consumption to cardiomyopathy that can be used globally (study I). Second, to apply the method developed in study I to estimate the global mortality from ACM (study II). Third, to assess differences between this method and an alternative method for estimating the contribution of alcohol consumption to cardiomyopathy proposed during pursuit of these aims (study III). Design: Statistical modelling study with country-level data as unit of analyses. Study I. Based on mortality data from civil registries, the proportion of deaths from ACM among deaths from any cardiomyopathy (=AAF) was used as proxy for the link between alcohol consumption and cardiomyopathy. To generalize this link to countries without available civil registry data, associations of population alcohol exposure and registered AAF were established. Cardiomyopathy deaths that are attributable to alcohol use were quantified in those countries with available registry data. Study II. For countries without available civil registry data, ACM mortality was estimated using population alcohol exposure data based on the methods from study I. As a result, national, regional and global estimates of the mortality attributable to ACM were obtained for the year 2015. Study III. In the alternative method developed by the Global Burden of Disease (GBD) study team, the contribution of alcohol consumption to cardiomyopathy was estimated taking into account that actual ACM deaths may be incorrectly coded as so-called garbage codes (disease codes that do not accurately describe the underlying cause of death). In the alternative method, garbage codes were redistributed to both cardiomyopathy and ACM using statistical procedures. The underlying assumptions for the redistribution of garbage codes were examined by comparing registered and estimated ACM mortality data taking into account the distribution of alcohol exposure. Data sources: Data on population alcohol exposure (alcohol per capita consumption, prevalence of heavy episodic drinking, prevalence of alcohol use disorders) were sourced from publicly available World Health Organization (WHO) data bases. As outcome data, sex-specific mortality counts from different disease groups (ACM, any cardiomyopathy, and selected garbage codes) were obtained at the country level from three different sources: First, WHO mortality data base, which provide civil registry mortality data on nearly half of all member states, coded according to the ICD-10. Second and third, ‘Global Health Estimates’ and ‘GBD Results Tool’ data bases, which provide complete and consistent mortality estimates aggregated into larger disease groups for all WHO member states. Data on covariates were obtained from the United Nations and the World Bank. Statistical analyses: In study I, the dependent variable – AAF for cardiomyopathy – was calculated by dividing deaths from ACM by deaths from any cardiomyopathy, based on civil registry data from N=52 countries. Taking into account country-specific crude mortality rates of ACM, AAF were modeled in two-step sex-specific regression analyses using population alcohol exposure as covariate. AAF were estimated for the same set of N=52 countries, in addition to N=43 countries without civil registry data. Estimated AAF were compared to registered AAF available for N=52 countries. In study II, the global mortality of ACM was estimated by combining civil registry ACM mortality data for N=91 countries and estimated ACM mortality for N=99 countries without available civil registry data. For the latter set of countries, ACM mortality data were calculated by estimating AAF based on the methodology outlined in the first study and subsequently applied to all cardiomyopathy deaths. As a proxy for under-reporting of ACM in civil registries, estimated ACM deaths were compared to registered ACM deaths for N=91 countries. In study III, ACM mortality estimates from the GBD study were compared against registered ACM mortality data for N=77 countries, aiming to test underlying assumptions for redistribution of garbage-coded deaths in the alternative method. For this purpose, descriptive statistics and Pearson correlations were used to assess the association of estimated and registered deaths and to examine consistency of estimates with population alcohol exposure. Results: In study I, population alcohol exposure and ACM mortality were closely linked (spearman correlation=0.7), supporting the proposed modelling strategy. For N=95 countries, the AAF for cardiomyopathy was estimated at 6.9% (95% confidence interval (CI): 5.4-8.4%), indicating that one in 14 of all cardiomyopathy deaths were attributable to alcohol in the year 2013 or the last available year. The findings were robust, with 78% of all estimated AAF deviating less than 5% from registered AAF. In study II, it was estimated that 25,997 (95% CI: 17,385-49,096) persons died from ACM in 2015 globally, with 76.0% of ACM deaths being located in Russia. Globally, 6.3% (95% CI: 4.2-11.9%) of all deaths from cardiomyopathy were estimated to be caused by alcohol. Furthermore, indications of underreporting in civil registration mortality data were found, with two out of three global ACM deaths being possibly misclassified. In study III, findings suggested that only one in six ACM deaths were correctly coded in civil registries of N=77 countries. However, the algorithm accounting for misclassifications in the GBD study was not aligned with population alcohol exposure, which has led to implausibly high ACM mortality estimates for people aged 65 years or older. Specifically, registered and estimated ACM mortality rates diverged in the elderly, which was corroborated with decreasing correlations in these age groups. Conclusions: For countries without civil registry data, the contribution of alcohol consumption to mortality from cardiomyopathy could be quantified using population alcohol exposure and estimated mortality data for any cardiomyopathy. The proposed method was adapted by the WHO in 2018, allowing for a more complete picture of the alcohol-attributable global disease burden for nearly 200 countries. Notably, ACM mortality was hardly present in countries with low to moderate alcohol consumption levels, corroborating that ACM is the result of sustained and very high alcohol consumption levels. In civil registries, at least two out of three ACM deaths are misclassified, thus, presented mortality figures are likely underestimated. As with other alcohol-attributable diseases, misclassification of ACM mortality is a systematic phenomenon, which may be caused by low resources, lacking standards and severe stigma associated with alcohol use disorders. With transition from ICD-10 to ICD-11, new methods will be required as ACM will not remain a unique diagnosis in the new classificatory system. Future methods should account for mortality misclassifications by redistributing garbage codes while taking into consideration the distribution of alcohol exposure. Further, measures to reduce stigma may improve diagnostic accuracy for ACM and other alcohol-attributable diseases. This will not only improve public health statistics but also – and more importantly – improve health prospects of persons with heavy alcohol consumption.:Statement for a publication-based dissertation I Contents II List of tables IV List of figures V Abbreviations VI Abstract VII 1 Introduction 10 1.1 Global extent of alcohol use 10 1.2 Alcohol-attributable disease burden 11 1.3 Estimating the alcohol-attributable burden 12 1.4 Cardiomyopathy 18 1.5 Alcohol and cardiomyopathy 19 2 Aims and objectives 21 3 Study design and methodology 21 3.1 Study design 21 3.2 Data sources 22 4 Study I - Quantifying the global contribution of alcohol consumption to cardiomyopathy 25 4.1 Background 26 4.2 Methods 27 4.3 Results 32 4.4 Discussion 38 4.5 Conclusion 41 5 Study II - National, regional and global mortality due to alcoholic cardiomyopathy in 2015 42 5.1 Introduction 43 5.2 Methods 44 5.3 Results 45 5.4 Discussion 51 6 Study III - Mortality from alcoholic cardiomyopathy: Exploring the gap between estimated and civil registry data 57 6.1 Introduction 58 6.2 Experimental section 59 6.3 Results 62 6.4 Discussion 67 7 General discussion 72 7.1 Summary of the findings 72 7.2 Strengths and limitations 72 7.3 Implications for future research 75 7.4 Implications for alcohol policy 79 7.5 Outlook 80 7.6 Conclusion 81 8 References 83 9 Appendix A (study I) 97 10 Appendix B (study II) 99 10.1 Methods 99 10.2 Results 103 11 Appendix C (study III) 119 11.1 Methods 119 11.2 Results 124 12 Erklärung gemäß § 5 der Promotionsordnung 128

In der hier vorliegenden Arbeit konnte nachgewiesen werden, dass im menschlichen Herzen sowohl bei Gesunden als auch bei kardial Erkrankten lokale Progenitorzellen zu finden sind. Der Nachweis der lokalen Progenitorzellen gelang hier mithilfe der Ko-Expression von den Progenitorzellmarkern CD90 und CD117. Da die Identifizierung der Marker durch immunhistochemische Analyse direkt in den Myokardbiopsien stattfand, spiegeln die Ergebnisse den Nativzustand des Gewebes wider und enthalten Informationen über die unverfälschte Anzahl und Verteilung der Progenitorzellen. Die Ergebnisse dieser Arbeit unterstützen die These, dass die Aktivierung lokaler Progenitorzellen Teil eines Reparaturmechanismus ist, welcher nach einem akuten, entzündlichen Myokardschaden in Gang gesetzt wird. Man kann nun davon auszugehen, dass in jedem Herzen lokale Progenitorzellen ruhen, welche bei Aktivierung zu einer narbenfreien Regeneration des Myokards führen könnten. Hinweisend dafür ist der Anstieg lokaler CD90+/CD117+ Progenitorzellen vor allen Dingen bei Patienten mit Myokarditis. Des Weiteren wurde im Rahmen dieser Arbeit ein Verfahren entwickelt, welches traditionelle histologische Methoden mit einer neuartigen Technologie der digitalen Bildanalyse verbindet. Mittels eines virtuellen Mikroskops konnten aus den histologischen Präparaten so genannte „Whole Slide Images“ erzeugt werden. Unter Verwendung der digitalisierten histologischen Bilder konnten nicht nur qualitative Analysen an einzelnen Bildausschnitten vorgenommen werden, sondern auch quantitative Analysen des gesamten Schnittes in einem effizienten, automatisierten Prozess durchgeführt werden. Somit wurde mit dieser Arbeit eine neuartige Methode entwickelt, in Paraffin eingebettete humane Myokardbiopsien hinsichtlich des Vorkommens lokaler Progenitorzellen qualitativ und quantitativ auszuwerten und miteinander vergleichen zu können.:I Abkürzungsverzeichnis………………………………………………………………...3 II Vorbemerkungen……………………………………………………………………….4 1. Einführung in die Thematik……………………………………………………………5 1.1 Hintergrund………………………………………………………………………...5 1.2 Pluripotente Stammzellen………………………………………………………….6 1.3 Multipotente Stammzellen………………………….…...……..…………………..7 1.4 Lokale kardiale Stammzellen ……………………………………….………….….8 1.5 Das Oberflächenantigen CD117………………….………………….……………..9 1.6 Das Oberflächenantigen CD90………..…………………………………………..10 1.7 Direkter Nachweis von CD117 und CD90 in Myokardbiopsien……….……..10 1.8 Myokarditis und Kardiomyopathie………………………………………………..11 1.9 Virtuelle Mikroskopie………………………………………...…………...............12 1.10 Hypothesen, Frage- und Zielstellungen………………………………………….12 2. Publikationen……………………………………………………………………….....14 2.1 'How to mend a broken heart: adult and induced pluripotent stem cell therapy for heart repair and regeneration.'…………………………………...…………...15 2.2 “Qualitative and Quantitative Analysis of Cardiac Progenitor Cells in Cases of Myocarditis and Cardiomyopathy”……....……….…….……………………….34 3. Zusammenfassung………………………………………………………………….57 4. Literaturverzeichnis…………………………………………...………………………62 III Anhang………………………………………………………………………………..69 IV Darstellung des eigenen wissenschaftlichen Beitrags……………………………72 V Erklärung über die eigenständige Abfassung der Arbeit………………………..…73 VI Curriculum Vitae……………………………………………..……………………….74 VII Danksagung……………………………………………………………...……………77

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.

Das zeitgleiche Auftreten eines ischämischen Schlaganfalls sowie eines Takotsubo-Syndroms (TTS) scheint eine relevante, bisher nicht ausreichend verstandene klinische Konstellation zu sein. Die Pathologien können als über die Hirn-Herz-Achse gekoppelt verstanden werden, in die die Blut-Hirn-Schranke (BHS) als funktionale Komponente integriert ist. Das klinisch-neurologische Outcome dieses Patient:innen-Kollektivs scheint signifikant schlechter zu sein als nach solitärem ischämischen Insult. Es wurde hypothetisiert, dass die BHS in besonderem Maße kompromittiert sein könnte. Das vorwiegend weibliche, postmenopausale Patient:innenkollektiv präsentierte laborchemisch elevierte Katecholaminspiegel sowie Entzündungsparameter. Diese Konditionen wurden unter Sauerstoff-Glucose-Entzug (OGD) in vitro simuliert und resultierende Alterationen eines etablierten BHS-Modells aus murinen cEND-Zellen der cerebralen Mikrozirkulation untersucht. Die Evaluation der BHS-Integrität erfolgte anhand von spezifischen Junktionsproteinen sowie Integrinuntereinheiten. Alle Versuche wurden parallel unter Östrogen-Applikation (E2) durchgeführt, um die mögliche BHS-Protektion durch das weibliche Sexualhormon zu untersuchen. Die getrennte Applikation von Katecholaminen (KAT) sowie Entzündungsmediatoren (INF) führte gegenüber der simultanen Applikation zu einem geringeren BHS-Schaden. Dieser erschien zeitgebunden, wobei sich das Ausmaß gewissermaßen proportional zur Einwirkdauer verhielt. Auswirkungen von OGD sowie einer Reoxygenierung, im Sinne einer simulierten Reperfusion, potenzierten sich mit den Effekten von KAT/INF. Überwiegend kompromittierten OGD und KAT/INF die BHS-Integrität, wobei nach Reoxygenierung eine „Erholung“ oder ein „Reperfusionsschaden“ vorlag. Eine Protektion durch E2 war morphologisch nachweisbar, speziell gegenüber OGD, KAT/INF sowie einem „Reperfusionsschaden“. Auf Ebene der Gen- sowie Proteinexpression konnte dies nicht gezeigt werden. Die Homöostase des ZNS würde in vivo beeinträchtigt, Katecholamine sowie Entzündungsmediatoren könnten ungehindert das bereits durch die Ischämie geschädigte neuronale Gewebe erreichen. Insgesamt trägt diese Arbeit zu einem Verständnis der molekularen BHS-Veränderungen im Kontext des zeitgleichen Auftretens von TTS und einem ischämischem Insult bei. Es wurde eine experimentelle Grundlage geschaffen, um zukünftig pathogenetische Hintergründe weiter erforschen zu können. Darauf aufbauend könnten, nach weiterer in vitro- sowie in vivo-Forschung, klinische Therapiekonzepte optimiert werden. / The simultaneous occurrence of ischemic stroke and Takotsubo syndrome (TTS) seems to be a relevant clinical constellation that is not yet sufficiently understood. The pathologies can be understood as being linked via the brain-heart axis, into which the blood-brain barrier (BBB) is integrated as a functional component. The clinical and neurological outcome of these patients appears to be significantly worse than after a solitary ischemic insult. It has been hypothesized that the BBB may be compromised. The predominantly female, postmenopausal patients presented elevated catecholamine levels and inflammatory markers. These conditions were simulated in vitro under oxygen-glucose deprivation (OGD) condition. Resulting alterations were examined by using an established BBB model: cEND cells of the murine cerebral microcirculation. The BBB integrity was evaluated by investigating specific junction proteins and integrin subunits. All experiments were conducted parallel with estrogen application (E2) in order to investigate a possible BBB protection by the female sexhormone. The separate application of catecholamines (CAT) or inflammatory mediators (INF) led to less BBB damage compared to simultaneous application. This appeared to be time-bound being proportional to the duration of exposure. The effects of OGD and reoxygenation, in the sense of simulated reperfusion therapy, were potentiated by the effects of CAT/INF. Predominantly, OGD and KAT/INF compromised BBB integrity. “Recovery” or “reperfusion injury” occurred after reoxygenation. Protection by E2 was morphologically detectable, especially against OGD, CAT/INF and “reperfusion injury”. This could not be shown at the level of gene or protein expression, respectively. The homeostasis of the CNS would be impaired in vivo, catecholamines and inflammatory mediators would be able to reach the neuronal tissue that had already been damaged by ischemia. Overall, this work contributes to an understanding of the molecular changes in the BBB in the context of the simultaneous occurrence of TTS and ischemia. An experimental basis was created to enable further research into pathogenetic background. Based on this, clinical therapies could be optimized after further in vitro and in vivo research.

Introduction: Takotsubo cardiomyopathy is an apical ballooning syndrome, which can be triggeredby stress. Only few case reports describe the onset of Takotsubo as a complication of neurosurgery procedures. Clinical presentation: A case of a 53 year-old female with a spinal neurinoma and surgery-associated Takotsubo cardiomyopathy is demonstrated. The patient developed typical signs of a myocardial infarction with circulation depression and ST elevation, but normal cardiac enzymes at the end of surgery. Cardiac catheterization and levocardiography confirmed the absence of any critical coronary disease but the presence of a typical apical ballooning and midventricular hypokinesis. The patient recovered completely under supportive conservative and cardiological therapy, showing regular left ventricular pumpfunction. Conclusion: Interventions in neurosurgery and perioperative care should be kept as stress free as possible. Due to the possibility of neurogenic mechanisms related to cardiomyopathy, Takotsubo cardiomyopathy as an entity of stress-induced complications should be taken into consideration.

Ziel der Studie war es, den Einfluss des Geschlechts auf die Klinik, die medikamentöse Therapie und den Gebrauch von Interventionen bei Patienten mit terminaler dilatativer Kardiomyopathie (DCM) nach Vorstellung zur Herztransplantation zu untersuchen. Es wurden 702 konsekutive DCM-Patienten (110 Frauen, 592 Männer) rekrutiert, die sich am Deutschen Herzzentrum Berlin zur Herztransplatation vorstellten und während eines Zeitraumes von im Mittel 4,3 Jahren beobachtet wurden. Die Diagnose DCM wurde durch Herzkatheter bestätigt. Etwa 300 Variablen zu Basisparametern, medikamentöser Therapie, Interventionen und Outcome wurden pro Patient analysiert. Der kombinierte Endpunkt wurde als das Auftreten eines von drei Ereignissen definiert: Tod auf der Warteliste, Herztransplantation oder Implantation eines Assist-Device. Die Ereignisanalyse wurde mittels multivariater Regression und Kaplan-Meier-Statistik durchgeführt. Bei Erstvorstellung zeigten Frauen und Männer keine Unterschiede in Alter, LVEF und LVEDD (% der Norm, für Alter und BSA korrigiert), aber bei Symptomatik, RVEF, linksatrialem Durchmesser, Vorhofflimmern und Beta1-Autoantikörpern. Frauen wurden signifikant früher transplantiert als Männer (112,3 +/- 117,5 vs. 340,7 +/- 332,1 Tage auf der Warteliste; p = 0,0001). Stärkste unabhängige Prädiktoren für Ereignisse bei beiden Geschlechtern waren korrigierter LVEDD und RVEF. Bei Frauen erhöhte Vorhofflimmern das Ereignisrisiko 3fach (2,905; CI: 1,406 - 6,001), wohingegen das Outcome bei Männern durch Vorhofflimmern nicht beinflusst wurde. Alter bei Erstvorstellung, Belastungsdyspnoe und Immunadsorption waren zusätzliche Prädiktoren bei Männern. Zusammenfassung: Geschlechterunterschiede bei klinischen Basisparametern können Behandlung und Outcome von DCM-Patienten beeinflussen. Vorhofflimmern ist bei männlichen Patienten nicht mit einem schlechteren Outcome assoziiert, bewirkt jedoch eine 3fache Erhöhung des Ereignisrisikos bei weiblichen Patienten. / The goal of this study was to determine the influence of gender on clinical parameters, on medical treatment and use of interventions in patients with end-stage dilated cardiomyopathy (DCM) presenting for heart transplantation. We enrolled 702 consecutive patients (592 men and 110 women) with DCM who presented at the German Heart Institute Berlin for heart transplantation and were followed for an average time of 4.3 years. Diagnosis of DCM was confirmed by cardiac catheterization. About 300 variables of baseline characteristics, medical treatment, interventions, and outcome per patient were analysed. The combined end point was defined as the occurrence of one of three events: death on the waiting list, heart transplantation or cardiac assist device implantation and was analyzed by multivariate regression and Kaplan- Meier-statistics. At presentation women and men did not differ in age, LVEF and LVEDD (% of normal, corrected for age and BSA) but in symptoms, RVEF, left atrial size, atrial fibrillation, and beta-adreno-receptor auto-antibodies. Women were transplanted significantly earlier than men (mean 112.3+/-117.5 vs 340.7+/- 332.1 days on the waiting list; p value 0.0001). Strongest independent predictors for events in both sexes were corrected LVEDD and RVEF. In women, AF increased the risk for events 3fold (2,905; CI: 1.406 – 6.001) whereas in men AF did not predict outcome. Age at first presentation, dyspnoea, and immunoadsorption were additional predictors in men. In patients with DCM, gender differences in baseline characteristics may influence management and outcome. Atrial fibrillation is not associated with a poorer outcome in men but threefold increases the risk in women.

Plakophiline sind Proteine der Armadillo-Familie, die eine Funktion während der Embryonalentwicklung und im adulten Organismus aufweisen. Mutationen in Genen, die für diese Proteine kodieren, führen häufig zu Krankheiten. In dieser Arbeit wird der Phänotyp von Plakophilin 2-defizienten Mausembryonen untersucht, welche Probleme in der Morphogenese des Herzens und dessen Stabilität aufzeigen. Feine Risse in der Herzwand in den Tagen 10.5-11 der Embryogenese führen zu Blutfluss in die Perikardialhöhle und resultieren in embryonalem Tod. In Abwesenheit von Plakophilin 2 löst sich das Zytoskelett-bindende Protein Desmoplakin aus den Zellverbindungen der Kardiomyozyten und bildet Aggregate im Zytoplasma. Im Gegensatz dazu bleiben Zellverbindungen der Epithelien unverändert. Die molekulare Analyse des betroffenen Gewebes lässt eine essentielle Rolle für Plakophilin 2 in der Organisation der Zellverbindungen im Herz ableiten. Besonderen Wert bekamen diese Untersuchungen, als es gelang, die erarbeiteten Zusammenhänge mit einer Krankheit beim Menschen zu koppeln. Beachtlicherweise wurden bei mehr als 25% der an Arrhythmogener-Rechts-Ventikulärer-Kardiomyophathie (ARVC) erkrankten Menschen, Mutationen im Gen für Plakophilin 2 gefunden. / Plakophilins are proteins of the armadillo family that function in embryonic development and in the adult, and when mutated can cause disease. We have ablated the plakophilin 2 gene in mice. The resulting mutant mice exhibit lethal alterations in heart morphogenesis and stability at mid-gestation (E10.5–E11), characterized by reduced trabeculation, disarrayed cytoskeleton, ruptures of cardiac walls, and blood leakage into the pericardiac cavity. In the absence of plakophilin 2, the cytoskeletal linker protein desmoplakin dissociates from the plaques of the adhering junctions that connect the cardiomyocytes and forms granular aggregates in the cytoplasm. By contrast, embryonic epithelia show normal junctions. Thus, we conclude that plakophilin 2 is important for the assembly of junctional proteins and represents an essential morphogenic factor and architectural component of the heart. Interestingly we identified heterozygous mutations in the Plakophilin 2 gene in 32 out of 120 patients suffering from arrhythmogenic right ventricular cardiomyopathy (ARVC). ARVC is associated with fibrofatty replacement of cardiac myocytes, ventricular tachyarrhythmias and sudden cardiac death. Many of the identified mutations lead to an early STOP in protein translation and reduced expression of Plakophilin 2 protein likely due to RNA or protein degradation. Since loss of one functional allele of Plakophilin 2 leads to ARVC, we want to investigate the occurrence of typical ARVC-phenotypes in heterozygous Plakophilin 2 mice in future to provide a new insight into possible molecular mechanisms of ARVC.

Die Hypertrophe Kardiomyopathie (Hypertrophic Cardiomyopathy, HCM) ist eine Erkrankung des Herzens, die durch eine Hypertrophie des Myokards und einem erhöhten Risiko für den plöztlichen Herztod charakteriziert ist. Die Erkrankung wird autosomal-dominant vererbt. Neun HCM-assozierte Genen wurden bisher beschrieben, die alle für Sarkomer-Proteine kodierend. Mutationen in den Genen für die essentielle (ELC) und regulatorische (RLC) leichte Myosin-Kette sind für ca. 1% bzw. 1-7% aller HCM-Fälle verantwortlich. Bisher gibt es nur wenige Informationen zum Krankheitsverlauf und zur Prognose bei HCM-Formen, die durch Mutationen in diesen Genen verursacht werden. Ziel dieser Studie war daher, das ELC- bzw. RLC-Gen in einem Kollektiv klinisch gut charakterisierter HCM-Patienten hinsichtlich möglicher krankheitsverursachender Mutationen zu analysieren. Darüber hinaus sollte untersucht werden, ob die hier identifizierten Mutationen mit einem malignen bzw. benignen Phönotyp assoziiert sind. Methoden: 71 unverwandete Patienten mit primärer HCM wurden mittels körperlicher Untersuchung, EKG und Echokardiographie evaluiert. Die aus Blutlymphozyten extrahierte DNA wurde mittels exonspezifischer PCR-Amplifikation und Single-strand-conformation-polymorphism (SSCP) Analyse auf Mutationen in den 6 Exons des ELC- und 7 Exons des RLC-Gens untersucht. Proben mit auffälligen Bandenmustern wurden direkt sequenziert. Ergebnisse: Die systematische Analyse ergab zwei krankheitsassoziierte Mutationen im RLC-Gen, die zu einem Aminosäurenaustausch führen. Im ELC-Gen wurden keine Mutationen gefunden. Die erste Mutation im RLC-Gen ist ein G zu A-Basenaustausch an Position c.64 im Exon 2, der zu einem Austausch von Glutamat durch Lysin im Codon 22 führt. Die zweite Variante verursacht eine Argininsubstitution durch Glutamin im Codon 58 aufgrund eines Basenpaaraustausches an Position c.173 im Exon 4 (G zu A). Beide Mutationen betreffen hoch-konservierte Aminosäuren in der amino-terminalen Domöne des RLC in der Nähe von möglichen Phosphorylierungs- bzw. Kalcium-Bindungsstellen. Zusätzlich wird die elektrische Ladung dieser Proteinregion durch den Aminosäurenaustausch verändert. Die Glu22Lys-Mutationen konnte in sieben Individuen der Familie K identifiziert werden und ist mit einer geringen septalen Hypertrophie, einer späten klinischen Manifestation sowie einem benignen Verlauf und einer guten Prognose assoziiert. Die Arg58Gln-Mutation ist ebenfalls mit einer moderaten Septumhypertrophie aber mit einem frühen Krankheitsbeginn und einem vorzeitigen Auftreten eines plätzlichen Herztodes in der Familie B assoziiert. Zusätzlich wurden mehrere Abweichungen von der Referenz-Sequenz, eine stumme Mutation sowie zwei "Single Nucleotide Polymorphisms" (SNPs) während des Screenings in beiden Genen identifiziert. Die SNPs verursachen keinen Aminosäureaustausch und beeinflussen nicht den Splei§vorgang, soweit dies durch ihre Lokalisation vorhersagbar ist. Schlussfolgerung: Zwei missense Mutationen konnten in der regulatorischen leichten Myosinkette identifiziert und sowohl mit einem benignen als auch einem malignen HCM-Phänotyp assoziiert werden. Diese Ergebnisse zeigen, dass die Genotypisierung wertvolle Informationen für die Risikostratifizierung, die genetische Beratung sowie für Therapiestrategien in der Hypertrophe Kardiomyopathie liefern kann. / Hypertrophic cardiomyopathy (HCM) is a heart disorder characterized by unexplained ventricular myocardial hypertrophy and a high risk of sudden cardiac death. The disease is inherited as an autosomal-dominant trait. Nine disease-causing genes have been described all encoding for sarcomeric proteins. Mutations in the ventricular myosin essential (ELC) and regulatory (RLC) light chain genes are responsible approximately for 1% and 1 - 7% of all HCM cases, respectively. Limited data are available on the disease course and prognosis in HCM caused by mutations in these genes. Therefore, the present study was aimed to analyse the ELC and RLC genes for disease-causing mutations in a group of clinically well-characterized HCM patients. Further purpose was to assess whether the detected mutations are associated with malignant or benign phenotype in the respective families. Methods: 71 unrelated patients with HCM and 14 family members were evaluated using physical examination, ECG and echocardiography. DNA was extracted from blood lymphocytes. Screening of the 6 exons of the ELC gene and the 7 exons of the RLC gene was done by using PCR and single strand conformation polymorphism analysis (SSCP). Samples with aberrant band patterns were directly sequenced. Results: Systematic analysis revealed no mutation in the ELC gene but two disease-associated mutations leading to an amino acid exchange in the RLC gene. The first mutation was found in exon 2 of the RLC gene: a G>A nucleotide substitution at position c.64 caused a replacement of glutamic acid by lysine at codon 22. The second mutation was in exon 4 of the RLC gene: a G>A substitution at nucleotide c.173 led to a change of arginine to glutamine at codon 58. Both mutations affected highly conserved amino acids and were located in the amino terminal half of the RLC close to the putative phosphorylation and calcium-binding sites. They also changed overall electrical charge of this protein region. The Glu22Lys mutation was identified in seven individuals of family K and was associated with moderate septal hypertrophy, a late onset of clinical manifestation, benign disease course, and good prognosis. The mutation Arg58Gln showed also moderate septal hypertrophy, but, in contrast, it was associated with an early onset of clinical manifestation and premature sudden cardiac death in family B. Additionally, a number of sequence differences from reference genomic sequences, one silent mutation, and two single nucleotide polymorphisms (SNPs) were identified while screening the ELC and RLC genes. Detected SNPs did not cause an amino acid exchange and did not affect splicing process proceeding from their localisation. Conclusions: Two missense mutations were identified in the ventricular myosin regulatory light chain gene and associated with either benign or malignant HCM phenotypes. These findings show that genotyping could give valuable information for risk stratification, genetic counselling, and treatment strategies in hypertrophic cardiomyopathy.

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