Regulationsmechanismen des alpha-adrenerg induzierten hypertrophen Wachstums ventrikulärer Herzmuskelzellen

Abstract

Während der Ausbildung einer myokardialen Hypertrophie aufgrund hämodynamischer Fehlbelastungen sind G-Protein gekoppelte Rezeptoren entscheidend an der Steigerung der Proteinsynthese beteiligt. Zwei Mitglieder dieser Rezeptorfamilie, die unter pathophysiologisch veränderten hämodynamischen Bedingungen zum hypertrophen Wachstum des Myokards beitragen, sind der a1A-adrenerge Rezeptor und der Angiotensin II Typ1 (AT1) Rezeptor. Es bestehen jedoch erhebliche Unterschiede zwischen diesen beiden Systemen bezüglich ihrer second messenger. Für die aktuellen Fragestellungen waren besonders die Unterschiede in der Präferenz einzelner PKC-Isoformen und der ERK-Abhängigkeit hinsichtlich der Proteinsynthese von Interesse. So konnte in der aktuellen Studie gezeigt werden, dass eine alpha-adrenerg induzierte Hypertrophie über die Ca2+-unabhängigen PKC-Isoformen delta und epsilon vermittelt wird. Diese Ergebnisse basieren auf einer pharmakologischen Hemmung verschiedener PKC-Isoformen. Verifiziert wurden diese Resultate durch selektive Down-Regulation einzelner PKC-Isoformen mit Hilfe von Antisense-Oligonukleotiden. Weiterhin konnte ein neuer Regulationsmechanismus der alpha-adrenerg induzierten Proteinsynthese auf Ebene der ERK identifiziert werden. Die Überführung der ERK in ihre aktive Form erfolgt durch zweifache Phosphorylierung. Auf Immunoblots lässt sich so eine basal gelegene Bande (nicht-aktivierte ERK) von einer darüberliegenden (aktivierte ERK) getrennt darstellen. alpha-Agonisten führen zu einer schnellen, jedoch nur transienten Aktivierung der ERK. Unter gleichzeitiger Hemmung Ca2+-abhängiger PKC-Isoformen erfolgt die Aktivierung der ERK ebenfalls schnell, in der Spätphase bleibt jedoch der Anteil aktivierter ERK weiterhin mit hoher Intensität signifikant gegenüber der alleinigen Stimulation mit Phenylephrin erhöht. Unter diesen Bedingungen erfolgt die Steigerung der alpha-adrenerg induzierten Proteinsynthese ERK-abhängig. Die aktuelle Studie zeigt neue Möglichkeiten, die Entwicklung einer belastungsinduzierten Hypertrophie durch selektive Intervention effektiver zu beeinflussen als dies durch Hemmung der gesamten PKC-Aktivität erreicht wird. Solche Strategien könnten zukünftig in neuen Behandlungskonzepten der myokardialen Hypertrophie berücksichtigt werden.

During the induction of myocardial hypertrophy in response to acute pressure overload the participation of G-protein-coupled receptors appears to be mandatory for the acceleration of protein synthesis. Two members of this receptor family that are known to contribute to the development of myocardial hypertrophy are the alpha1A-adrenoceptors and the Angiotensin II type 1 receptors (AT1). But there are major differences between these two systems with regard to the activation of their second messenger pathways. It was the aim of this study to investigate in more detail the relationship between PKC-isoform activation, ERK activation and acceleration of protein synthesis. The present study shows that alpha-adrenoceptor induced hypertrophy is mediated via stimulation of the Ca2+- independent PKC-isoforms delta and epsilon. These results are based, firstly, on pharmacological inhibition of different PKC-isoforms and, secondly, on experiments in which several PKC-isoforms are down-regulated selective by anisense-oligonucleotides. Furthermore it was possible to identify a new regulation mechanism of alpha-adrenoceptor induced protein synthesis on ERK-level. By phosphorylation the ERK converts into the active form. The band with retarded gel mobility represents the phosphorylated (activated), the other band the non-phosphorylated (non-activated) form on immunoblots. Stimulation of alpha-adrenoceptors activates ERK in a transient manner. Inhibition of Ca2+- dependent PKC-isoforms results also in a fast activation of ERK, but it prolonges the duration and efficiency significantly compared to phenylephrine alone. Under these conditions alpha-adrenoceptors increase protein synthesis in an ERK-dependent way. The study opens new ways to modify myocardial hypertrophy in response to pressure overload instead of complete inhibition of all PKC activity and thus may lead to new concepts for the treatment of myocardial hypertrophy.