Die Herzinsuffizienz und damit einhergehend die beeinträchtigte kardiale Funktion bei chronischer Ischämie nach Myokardinfarkt (MI) wird mit niedrigerer Aktivität der Na+/K+-ATPase (NKA) in Zusammenhang gebracht.
Die beiden Isoformen der katalytischen Untereinheit NKA-α1 und α2 unterscheiden sich teilweise in Lokalisation, Funktion und Interaktion mit dem NCX und weiterer Signalpartner.
Das Ziel des Projekts war es herauszufinden, ob die Isoform NKA-α2 im Gegensatz zu NKA-α1 einen protektiven Effekt bei chronischer Ischämie nach einem Myokardinfarkt aufweist und was die Hintergründe hierfür sind.
Hierfür wurden transgene Mäuse verwendet, die kardial entweder NKA-α1 oder NKA-α2 stark überexprimieren. Diese Mäuse wurden mit WT Mäuse verglichen. Ein Myokardinfarkt wurde mittels Legierung der LAD induziert und die Herzen nach acht Wochen entnommen.
Um das Remodeling bei chronischer Ischämie in Mäusen zu untersuchen, wurden die Zellgröße (WGA Färbung) und der Anteil des fibrotisch umgebauten Gewebes (PSR Färbung) gemessen. TG α2 Tiere zeigten nach chronischer Ischämie einerseits weniger stark hypertrophierte Zellen, andererseits in der kritischen Borderzone zwischen vitalem Gewebe und infarziertem Bereich weniger Fibrose. Dies ging einher mit einem signifikant weniger starkem Verlust der linksventrikulären Verkürzungsfraktion nach MI, welche ein Parameter der kardialen Funktion ist. Das Level des oxidativen Stresses (ROS Detektion) änderte sich nach acht Wochen MI in TG α2 Tieren im Vergleich zu TG α1 und WT nicht.
Nach acht Wochen MI zeigte sich die Expression der totalen NKA reduziert; v.a. TG α2 Tiere zeigten tendenziell sehr niedrige Expressionslevel der totalen NKA. Die geringere NKA Aktivität könnte mit der verbesserten kardialen Funktion zusammenhängen. Da jedoch nach MI in WT Mäusen die NKA-α2 verstärkt und NKA-α1 reduziert exprimiert wird, gehen wir davon aus, dass die Expression der NKA-α2 eine für die Zelle protektive Anpassung nach chronischer Ischämie ist, um sich vor Remodeling und damit einhergehendem Funktionsverlust zu schützen.
Vermutlich wird NKA so lange auf geringerem Niveau exprimiert, bis die Natrium- und Calciumkonzentration so stark ansteigt, dass die Gefahr der Arrhythmie und die kardiale Dysfunktion zu groß wird. Der Vorteil der TG α2 Tiere entsteht vermutlich aus der Reduzierung der totalen NKA nach acht Wochen MI, um die Inotropie kompensatorisch hoch zu halten, bis spezifisch die Isoform NKA-α2 verstärkt exprimiert wird, um den Natriumüberhang und konsekutiv via NCX den Calciumüberhang zu reduzieren. Hinzu kommt, dass die Isoform NKA-α2 die prädominierende Isoform ist, die in der Mikrodomäne der T-Tubuli mit dem NCX agiert und für den Ausgleich des Natrium- und Calciumhaushalts nach MI sorgt. Die gesteigerte Expression des NCXs nach MI in TG α2 Tieren mit verbessertem Abtransport von Calcium könnte zu der reduzierten Entwicklung von Hypertrophie und Fibrosierung beitragen. Dies wiederum verhindert den Progress der dilatativen Herzinsuffizienz bei chronischer Ischämie und bringt somit einen protektiven Effekt auf die Prognose und die kardiale Funktion nach MI mit sich. / An inhibited Na+/K+-ATPase (NKA) pump activity could result in impaired cardiac function and reactive remodeling particularly in heart failure associated with myocardial infarction (MI). There are two different catalytic NKA isoforms, NKA-α1 and NKA-α2, which exhibit different characteristics regarding their sodium affinity, localization, and association with the Na/Ca exchanger (NCX) and regulation by signaling partners.
Aim of the present study was to determine whether the overexpression of NKA-α2 and not NKA-α1 affects functional deterioration and remodeling during MI and why this protective benefit occurs.
Transgenic mice with a cardiac overexpression of NKA-α2 (TG α2) and NKA-α1 (TG α1) were subjected to chronic MI injury for eight weeks. MI was induced by the surgical ligation of the left coronary artery. Non-transgenic (wildtype, WT) littermates were used as controls.
The analyses of hypertrophy (gravimetry, WGA staining) and fibrosis (Picrosirius red staining) showed less cardiac remodeling after MI in TG α2 mice. Elevated NKA α2 expression in transgenic mice protects against functional deterioration which was shown in preserved fractional shortening after MI.
Although the expression of total NKA is decreased after chronic ischemia, the increased expression of NKA isoform α2 and not α1 could be a favorable alteration that protects from heart failure progression induced by MI injury.
We assume that total NKA expression is depressed in chronic heart failure especially in TG α2 mice to increase natrium and calcium load in the cell. This triggers greater calcium transients and strengthens cardiomyocyte contractions and thus cardiac output. But it is also a risk factor that promotes arrhythmias. So, by specifically increasing the expression of isoform NKA-α2 and not NKA-α1 excessive sodium elevation, functional deterioration and adverse remodeling could be limited.
Presumably, NKA-α2 is the predominant isoform that regulates calcium cycling and interacts with NCX in the microdomain of the t-tubules. TG α2 mice are therefore more capable of preserving calcium homeostasis and regulating excitation contraction-coupling after chronic MI. The expression of NCX after MI is very likely increased, thus NCX helps in reverse mode to reduce calcium load in heart failure.
This also protects TG α2 from hypertrophy and adverse remodeling after chronic MI, which implements better outcome in terms of deterioration of heart failure and cardiac dysfunction.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:uni-wuerzburg.de/oai:opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de:25077 |
| Date | January 2022 |
| Creators | Höfler, Dorina |
| Source Sets | University of Würzburg |
| Language | deu |
| Detected Language | German |
| Type | doctoralthesis, doc-type:doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Rights | https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/deed.de, info:eu-repo/semantics/openAccess |
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