Die Rolle des mitochondrialen Benzodiazepinrezeptors beim akuten myokardialen Reperfusionsschaden

Abstract

Es konnte bereits gezeigt werden, dass die Inhibierung des mitochondrialen Benzodiazepinrezeptors (mBzR) isolierte Herzen von Kaninchen nach Ischämie und Reperfusion vor post-reperfusionsbedingten Arryhthmien schützen kann. In der vorliegenden Studie haben wir untersucht, ob die Inhibition des mBzR auch isolierte ventrikuläre Kardiomyozyten vor zytosolischen Ca2+-Oszillationen und vor daraus resultierender Nekrose schützen kann. Des Weiteren wollten wir untersuchen ob eine verminderte Öffnung der mitochondrialen Permeabilitäts Transistionspore (MPTP) diesem protektivem Mechanismus zu Grunde lieg. Zur Durchführung der Versuche verwendeten wir isolierte ventrikuläre Kardiomyozyten adulter männlicher Wistar-Ratten. Diese wurden für 60 Minuten mit einem hypoxischen Medium und anschließend mit einem normoxischen Medium perfundiert um Ischämie und Reperfusion zu simulieren. Zelllänge, zytosolisches Ca2+ und das Öffnen der MPTP wurden mit den Fluoreszenfarbstoffen Fura-2-AM bzw. Calcein-2AM detektiert. Mitochondriales Calcium wurde mit Rhodamin gemessen. Der mBzR wurde selektiv mit 10µM 4ClDZP (10µM) inhibiert, aktiviert wurde er mit 4,6µM FGIN-1-27. Die MPTP wurde selektiv mit 500nM Cyclosporin A inhibiert, jeweils während der Reperfusion. In der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass es durch die Inhibition des mBzR während der Reperfusion zu einer deutlichen Abnahme sowohl der Frequenz der zytosolischen Ca2+-Oszillationen als auch der Amplitude kam. Auch das Ausmaß der Hyperkontraktur und der Nekrose wurde signifikant reduziert. Der mitochondriale Calcein-Verlust, als Surrogatmarker für die MPTP-Öffnung, konnte durch die Inihibition des mBzR deutlich reduziert werden. Der Effekt war vergleichbar mit dem von CspA, einem bekannten, potenten MPTP-Inhibitor. Auch zeigte sich eine signifikante Abnahme der Reaktiven Sauserstoffspezies (ROS) und des mitochondrialen Calciums während des Reperfusion. In der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass die Inhibierung des mBzR Kardiomyozyten vor reperfusions-induzierter Nekrose schützt, indem es zu einer Abnahme der Ca2+-Oszillationen kommt. Zusätzlich zeigt die vorliegende Arbeit dass es zu einer reduzierten Öffnung der MPTP kommt. Diesem Mechanismus liegt am ehesten eine Interaktion der MPTP mit dem mBzR zu Grunde, wahrscheinlich durch einen verminderten Gehalt an mitochondrialem Calcium. Inhibition of the mitochondrial benzodiazepine receptor (mBzR) exhibits cardio-protective effects towards development of arrhythmia during ischemia and reperfusion in isolated rat heart. The present study investigated whether inhibition of the mBzR protects isolated cardiomyocytes against Ca2+ oscillation-induced necrosis and whether this is due to interaction with the mitochondrial permeability transition pore (MPTP). Methods: Isolated adult rat cardiomyocytes were superfused for 60 min with a hypoxic buffer and then reperfused with a normoxic buffer to simulate ischemia and reperfusion, respectively. Cell length, cytosolic Ca2+ and MPTP opening were analysed using fura-2 or calcein, respectively. The concentration of mitochondrial Ca2+ was measured using rhodamine. The mBzR inhibitor 4ClDZP (10µM), an activator of the mBzR, FGIN-1-27 (4.6 µM), or an inhibitor of the MPTP, cyclosporine A (CspA; 500 nM), were applied during reperfusion.Results: Inhibition of mBzR during reoxygenation markedly reduced the frequency und amplitude of cytosolic Ca2+ oscillations. The extent of cardiomyocyte-contracture was markedly reduced, also the extent of necrosis was markedly reduced. The reperfusion-induced loss of mitochondrial calcein, which indicates MPTP opening, was significantly reduced by inhibition of mBzR. The effect was comparable with CspA, a known inhibitor of MPTP. Mitochondrial Ca2+ levels were notably reduced by inhibition of mBzR. Conclusions: The present study shows that inhibition of the mBzR protects cardiomyocytes against reperfusion-induced necrosis by reducing Ca2+ oscillations. Furthermore, the data demonstrate a reduced opening of MPTP due to an interaction with mBzR, probably due to a decreased mitochondrial Ca2+-load.