Die Herzinsuffizienz ist aufgrund ihrer weltweit ansteigenden Prävalenz und den damit einhergehenden beträchtlichen Kosten im stationären sowie ambulanten Sektor von großer Relevanz für die globalen Gesundheitssysteme. Trotz multipler Möglichkeiten der pharmakologischen und chirurgischen Therapie ist die Mortalität weiterhin hoch. Die Etablierung neuer medikamentöser Behandlungsansätze ist daher von enormer Bedeutung und bedarf der Erweiterung des Verständnisses der pathophysiologischen Grundlagen der Erkrankung. Kardiomyopathien zählen zu den häufigsten Ursachen der Herzinsuffizienz. Dysfunktionen des Ubiquitin-Proteasom-Systems (UPS) wurden bereits in der Progression der Herzinsuffizienz bei Kardiomyopathien diskutiert und setzten einen potentiellen Fokus auf die E3-Ligasen. Diese Hypothese aufgreifend hatte die vorliegende Arbeit das Ziel, erstmalig den kompletten Myostatin/AKT/forkhead box protein (FOXO)-Signalweg und dessen Auswirkungen auf die E3-Ligasen muscle atrophy F-box gene (MAFbx) und muscle ring-finger protein-1 (MuRF1) im fortgeschrittenen humanen Kardiomyopathie-Stadium zu charakterisieren und mögliche neue Ansatzpunkte für die pharmakologische Therapie verschiedener Formen der Kardiomyopathie zu ermitteln.
Zu diesem Zweck wurden Myokardproben von 26 Patienten mit ischämischer Kardiomyopathie (ICM), 23 Patienten mit dilatativer Kardiomyopathie (DCM) und 17 Kontrollpatienten molekularbiologisch, proteinbiochemisch und immunhistochemisch analysiert, um Veränderungen der Komponenten der Myostatin/AKT/FOXO-Signalkaskade und der E3-Ligasen MAFbx und MuRF1 zu identifizieren. Aus diesen Untersuchungen resultierten umfangreiche Alterationen des Signalwegs vor allem in DCM-Patienten. In dieser Gruppe war die Gen- und Proteinexpression der E3-Ligase MAFbx und des Transkriptionsfaktors FOXO1 gegenüber der Kontrollgruppe verringert. Weiterhin zeigte sich eine Reduktion von AKT auf der Genexpressionsebene und von Myostatin auf der Proteinebene in der DCM-Gruppe. Die ICM-Patienten wiesen mit Reduktionen der Genexpression von AKT und MAFbx sowie einem verringerten Anteil MuRF1-positiver Zellen in den immunhistochemischen Analysen nur geringe Unterschiede gegenüber der Kontrollgruppe auf.
Die limitierten Veränderungen des Myostatin/AKT/FOXO-Signalwegs und der E3-Ligasen MAFbx und MuRF1 in ICM-Patienten lassen auf eine eher begrenzte Relevanz der Signalkaskade in der Pathophysiologie dieser Erkrankung schließen. Im Kontrast dazu stehen die detektierten Alterationen der analysierten Zielmoleküle in der DCM-Gruppe. Diese Divergenzen zeigen Unterschiede in der Pathogenese von ICM und DCM auf der Ebene des UPS. Daher unterstützt diese Arbeit die Hypothese, dass eine Therapieoptimierung dieser beiden Kardiomyopathien durch pharmakologische Adressierung verschiedener molekularer Ansatzpunkte erreicht werden könnte.
In dieser Arbeit konnte die simultane Reduktion von MAFbx und FOXO1 in DCM-Patienten gezeigt werden. Durch die Validierung dieser synergistischen Regulation könnte FOXO1 einen potentiellen Angriffspunkt neuer medikamentöser Therapien der DCM darstellen. Unklar bleibt, ob die beobachtete Reduktion von MAFbx Ausdruck eines kardialen Schutzmechanismus oder der Progression des pathologischen Remodelings ist. Daher müssen weiterführende Studien klären, ob die E3-Ligase MAFbx über die therapeutische Beeinflussung des Transkriptionsfaktors FOXO1 herauf- oder herabreguliert werden sollte.
Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit geben zudem einen Hinweis darauf, dass die Regulation von FOXO1 und MAFbx in DCM-Patienten nicht allein von Myostatin und AKT abhängig ist. Die Betrachtung weiterer Einflussfaktoren von MAFbx und FOXO1 in humanem Herzmuskelgewebe könnte somit ebenfalls Gegenstand zukünftiger Forschungsvorhaben sein. / Disturbances in the ubiquitin proteasome system, and especially changes of the E3 ligases, are subjects of interest when searching for causes and therapies for cardiomyopathies. The aim of this study was to clarify whether the myostatin/AKT/forkhead box O (FOXO) pathway, which regulates the expression of the E3 ligases muscle atrophy F-box gene (MAFbx) and muscle ring-finger protein-1 (MuRF1), is changed in dilated cardiomyopathy of ischemic origin (IDCM) and dilated cardiomyopathy of non-ischemic origin (NIDCM). The mRNA and protein expression of myostatin, AKT, FOXO1, FOXO3, MAFbx and MuRF1 were quantified by real-time polymerase chain reaction and ELISA, respectively, in myocardial tissue from 26 IDCM and 23 NIDCM patients. Septal tissue from 17 patients undergoing Morrow resection served as a control. MAFbx and FOXO1 mRNA and protein expression (all p < 0.05), AKT mRNA (p < 0.01) and myostatin protein expression (p = 0.02) were decreased in NIDCM patients compared to the control group. Apart from decreases of AKT and MAFbx mRNA expression (both p < 0.01), no significant differences were detected in IDCM patients compared to the control group. Our results demonstrate that the myostatin/AKT/FOXO pathway is altered in NIDCM but not in IDCM patients. FOXO1 seems to be an important drug target for regulating the expression of MAFbx in NIDCM patients.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:DRESDEN/oai:qucosa:de:qucosa:93649 |
| Date | 10 September 2024 |
| Creators | Lea, Hildebrandt |
| Contributors | Universität Leipzig |
| Source Sets | Hochschulschriftenserver (HSSS) der SLUB Dresden |
| Language | German |
| Detected Language | German |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, doc-type:doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, doc-type:Text |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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