Zelluläre Seneszenz im Myokard bei mitochondrialer Dysfunktion: Neue Ansätze zum Verständnis von embryonaler und neonataler Kardioprotektion und -regeneration

Abstract

Embryonale und neonatale Kardiomyozyten (KM) weisen eine höhere Stressresistenz und proliferative Kapazität auf als adulte KM. Diese Fähigkeiten konnten durch unsere Arbeitsgruppe bereits in einem Knockout-Mausmodell gezeigt werden: In den sogenannten cHccs+/--Herzen weisen 50% der KM zur Hälfte der Embryonalentwicklung eine mitochondriale Dysfunktion auf. Dies wird bis zur Geburt durch Hyperproliferation der gesunden KM kompensiert, während die defekten KM verschiedene Stressmechanismen aktivieren und überleben. cHccs+/--Herzen weisen dabei Charakteristika zellulärer Seneszenz (ZS) auf, einer Stressantwort mit regenerativem Potential, die sich durch Zellzyklusinhibition und die Sekretion bestimmter inflammatorischer Zytokine, den Seneszenz-assoziierten sekretorischen Phänotyp (SASP), auszeichnet. Das Ziel dieser Arbeit war, ZS und den SASP in cHccs+/--Herzen zu untersuchen, um ihren Einfluss auf die Stressresistenz von KM und die Regeneration des embryonalen Herzens zu ergründen. Dazu wurden ZS-Marker und inflammatorische Signalwege auf molekularer und histologischer Ebene in embryonalen und neonatalen cHccs+/-- und Kontroll-Herzen untersucht. In neonatalen cHccs+/--Herzen war vermehrt γ-H2A.X nachweisbar, eine Histon- Variante, die bei DNA-Schäden auftritt. Die DNA-Reparaturantwort kann ZS über den Transkriptionsfaktor p53 auslösen. p53 wies in cHccs+/--Herzen allerdings keine Veränderung auf. NFκB und p38 MAP-Kinase, die wichtigsten Regulationsfaktoren des SASP, wiesen ebenfalls keine Aktivierung oder Induktion auf, dies galt auch für wichtige SASP-Zytokine. Die Proteinexpression von p21Cip1, einem cyclin dependent kinase inhibitor (CDKI) und wichtigem Seneszenz-Marker, war dagegen in embryonalen und neonatalen cHccs+/--Herzen deutlich erhöht. Diese Induktion trat erstaunlicherweise nicht in den defekten KM auf, p21Cip1 war histologisch vielmehr im Zytoplasma der gesunden KM vermehrt nachweisbar. Im Gegensatz dazu war p16Ink4a, ein anderer CDKI und ZS- Marker, histologisch vermehrt im Zytoplasma der defekten KM nachweisbar. Die für ZS bedeutsame Zellzyklus-inhibierende Funktion der CDKI ist normalerweise mit einer nukleären Lokalisation assoziiert. Diese Befunde weisen also nicht auf eine solche inhibitorische Funktion von p16Ink4a und p21Cip1 hin. Zusammengefasst zeigen die Ergebnisse, dass ZS keine Rolle im embryonalen und neonatalen cHccs+/--Herzen und den zugrundeliegenden zytoprotektiven und regenerativen Prozessen zu spielen scheint. Auch wenn ZS nicht im cHccs+/--Herzen nachgewiesen werden konnte, weisen die Ergebnisse dieser Arbeit auf andere Signalwege hin, die im embryonalen und neonatalen Herzen Zytoprotektion und Regeneration unterstützen könnten. Signalwege, die weiter untersucht werden sollten, umfassen sowohl mitochondriale Stressantworten, antioxidative und anti-apoptotische Mechanismen, das Immunsystem als auch die mögliche anti-hypertrophe Rolle von zytoplasmatischen p21. Da adulte Herzen geringere Stressresistenz und praktisch keine regenerative Kapazität aufweisen, sollte zudem die Antwort des adulten Herzens auf den gleichen mitochondrialen Stress untersucht werden. Die Untersuchungen dieser neuen Ansätze können helfen, letztlich die Stressantwort embryonaler und neonataler Kardiomyozyten weiter zu entziffern.