Hintergrund: Das Vorhofflimmern ist die häufigste Rhythmusstörung des Menschen. Eine gesteigerte Expression des Na+/Ca2+-Austauschers (NCX) ist dabei eine von zahlreichen elektrischen Remodeling-Mechanismen, die bei diesem Krankheitsbild beobachtet werden. Der unabhängige, also in Abwesenheit anderer Remodeling-Mechanismen bestehende Einfluss einer gesteigerten NCX-Aktivität auf die atriale Proarrhythmie ist allerdings immer noch unzureichend untersucht. Der zugrundeliegende Mechanismus des Vorhofflimmerns basiert zumindest teilweise auf einer spontanen atrialen Aktivität in Form der Ausbildung von spontanen Aktionspotentialen (sAPs). Dabei führt eine spontane Ca2+-Freisetzung aus dem sarkoplasmatischen Retikulum (SR) zu einer NCX-vermittelten Ca2+-Extrusion, die einen von NCX getragenen Einwärtsstrom (INCX) genereriert, welcher wiederum eine Depolarisation des Membranpotentials (DAD, delayed afterdeplorazition) nach sich zieht. Diese kann, sofern sie das kritische Membranpotential zur Reaktivierung des Natrium-Stroms (INa) überschreitet, ein sAP induzieren, welches letztendlich das Vorhofflimmern auslösen kann.
Methoden: In der vorliegenden Arbeit wurden isolierte atriale Herzmuskelzellen von homozygoten NCX-Überexpressor (OE) und heterozygoten NCX-Knockout (KO) Mäusen und deren korrespondierenden Wildtypen (WTOE und WTKO) mit der Ca2+-imaging- und der patch-clamp-Methode, sowie mit molekularbiologischen und histologischen Methoden untersucht.
Ergebnisse: Eine gesteigerte bzw. verringerte atriale NCX-Expression und –Aktivität wurde mithilfe eines Immunoblots, durch eine veränderte NCX-vermittelte Ca2+-Extrusionskapazität und durch Messungen des INCX bestätigt. Das Vorhofgewicht, die Zellgröße, die elektrische Zellkapazität und Fibrosefärbungen ergaben keinen Anhalt für ein strukturelles Remodeling in den untersuchten Mauslinien. Es gab weder Unterschiede in der Anzahl von spontanen Ca2+-Freisetzungen aus dem SR noch in der SR-Ca2+-Beladung. Die Anzahl von DADs, die während eines proarrhythmischen Stimulations-Protokolls auftraten, war im OE im Vergleich zum WTOE und im KO im Vergleich zum WTKO unverändert. Allerdings wurden DADs im OE im Vergleich zum WTOE signifikant häufiger in sAPs übersetzt. Komplementär dazu wurden im KO im Vergleich zum WTKO DADs tendenziell aber statistisch nicht signifikant seltener in sAPs übersetzt. Unter Verwendung eines aggressiveren proarrhythmischen Protokolls in KO und WTKO zeigte sich eine signifikant geringere Übersetzung von DADs in sAPs. Im OE zeigte sich eine erhöhte DAD-Amplitude im Vergleich zum WTOE und komplementär dazu eine Verringerung der DAD-Amplitude im KO im Vergleich zum WTKO. Messungen der L-Typ Ca2+-Ströme (ICa,L) zeigten einen vergrößerten Strom im OE und einen verringerten im KO, bezogen auf WTOE bzw. WTKO. Versuche mit einem Ca2+-Chelator ließen auf eine direkte funktionelle Interaktion zwischen NCX und L-Typ Ca2+-Kanälen (LTCC) schließen. Der K+-Strom (IKtot) war im OE verstärkt und im KO verringert im Vergleich zu den korrespondierenden Wildtypen.
Schlussfolgerung: In atrialen murinen Herzmuskelzellen führte eine gesteigerte NCX-Aktivität zu einer erhöhten Anfälligkeit gegenüber sAPs, während eine verminderte NCX-Aktivität zu einem
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Schutz vor dem Auftreten von sAPs führte. Die vorliegende Arbeit legt die folgenden Mechanismen nahe: Eine gegebene spontane Ca2+-Freisetzung induziert über NCX eine DAD, wobei die Amplitude der DAD direkt abhängig von der NCX-Aktivität ist. Sobald eine DAD die Reizschwelle für die Aktivierung von Na+-Kanälen überschreitet, wird ein sAP ausgelöst. Bei, wie in dieser Arbeit beobachtet, unveränderter Anzahl von spontanen Ca2+-Freisetzungen und damit auch von DADs, machte daher im OE die höhere DAD-Amplitude das Überschreiten der spannungsabhängigen Reizschwelle von sAPs wahrscheinlicher. KO Zellen waren umgekehrt dazu durch den komplementären Mechanismus geschützt, da eine geringere DAD-Amplitude seltener die Schwelle zur Induktion eines sAPs erreichte. Die in dieser Arbeit beschriebene Interaktion zwischen NCX und ICa,L kann als additiver Mechanismus interpretiert werden, durch den im OE bei höherer NCX-Aktivität eine leichtere Reaktivierung von ICa,L erfolgt, was die Induktion eines sAPs möglicherweise zusätzlich unterstützt. Die Befunde der vorliegenden Arbeit zeigen, dass die NCX-Aktivität als unabhängiger Proarrhythmiefaktor, zumindest in den in dieser Arbeit untersuchten Modellen, die Entstehung von atrialen sAPs beeinflussen kann. Insbesondere die Befunde im KO lassen eine Inhibition von NCX zur Behandlung des Vorhofflimmerns als zukünftige experimentelle Therapiestrategie möglich erscheinen.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:uni-osnabrueck.de/oai:repositorium.ub.uni-osnabrueck.de:urn:nbn:de:gbv:700-20181011654 |
| Date | 11 October 2018 |
| Creators | Pauls, Paul |
| Contributors | Prof. Dr. Helmut Wieczorek, Prof. Dr. Christian Pott |
| Source Sets | Universität Osnabrück |
| Language | German |
| Detected Language | German |
| Type | doc-type:doctoralThesis |
| Format | application/pdf, application/zip |
| Rights | http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/ |
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