Charakterisierung eines Hypertrophierepressors in ventrikulären Herzmuskelzellen

Abstract

Neben den vielfältigen extrazellulären Funktionen der Matrix Metalloproteasenwird seit Neuerem auch immer mehr über deren intrazellulären Funktionenberichtet. Auch in Herzmuskelzellen wurden MMPs mit intrazellulärer Aktivitätidentifiziert. Allerdings ist über die Wirkung von MMPs auf kardiale Hypertrophiebisher nichts bekannt.In dieser Arbeit wurde gezeigt, dass MMPs als Hypertrophierepressoren inKardiomyozyten wirken. Des Weiteren wurde dargelegt, dass sie eine in denKardiomyozyten induzierte Apoptose verhindern.Zur Analyse der Funktionen von MMPs wurden ventrikuläre Kardiomyozytender Ratte mit Inhibitoren der Matrix Metalloproteasen inkubiert. Es wurden zweipharmakologische Inhibitoren, TAPI-0 und MMP Inhibitor III, und einphysiologischer Inhibitor, TIMP-2, eingesetzt.All diese MMP-Inhibitoren erhöhen signifikant das hypertrophe Wachstum derHerzmuskelzellen. Dies zeigt, dass MMPs unter basalen Bedingungen alsRepressoren der Hypertrophie in Herzmuskelzellen wirken. Unter MMPInhibitionwird die hemmende Wirkung der MMPs aufgehoben und somit auchderen schützende anti-hypertrophe Funktion als Hypertrophierepressor.Zur näheren Charakterisierung des Signalweges, der unter MMP-Inhibtionangeschaltet wird, wurden verschiedene Inhibitoren der Translation undTranskription und auch verschiedene Kinasen eingesetzt. Es wurde gezeigt,dass für das durch MMP-Inhibition ausgelöste Zellwachstum TranksriptionsundTranslationsfaktoren nötig sind. Des Weiteren wurden mehrere Kinasenidentifiziert, die in dem hypertrophen Signalweg involviert sind. So wurde dieBeteiligung der ERK und PI3-Kinase, an dem hypertrophen Signalweg unterMMP-Inhibition nachgewiesen. Des Weiteren wurde eine Reduktion der GSK-3beta-Aktivität, die als Hypertrophierepressor bereits bekannt ist, unter MMPInhibitionidentifiziert. Die GSK-3beta liegt folglich aktiv in unstimulierten Zellen mitZellhypertrophie hemmender Funktion vor. Diese wird durch MMP-Inhibitioninaktiviert und gibt folglich ein positives Wachstumssignal. Neben diesenBefunden zur Hypertrophie konnte gezeigt werden, dass MMPs die durch TGFbetainduzierte Apoptoserate reduzieren.In dieser Arbeit wurde somit gezeigt, dass Matrix Metalloproteasen anMechanismen der Hypertrophie und Apoptose der Kardiomyozyten beteiligt sind.Erstmalig konnten MMPs als Hypertrophierepressoren in Herzmuskelzellencharakterisiert werden. Dadurch eröffnet diese Arbeit neue Erkenntnissebezüglich des intrazellulären Wirkspektrums der Matrix Metalloproteasen inKardiomyozyten. For many years matrix metalloproteases are known to be involved indegradation of extracellular matrix proteins. But recently it became evident, thatMMPs have intracellular functions, also in cardiomyocytes. However the role ofMMPs in hypertrophy signaling in the heart was not known. Therefore, it wasthe aim of this study to characterize the function of MMPs in hypertrophy andapoptosis in cardiomyocytes.To analyze hypertrophy we incubated the ventricular cardiomyocytes withmatrix metalloproteases inhibitors. We chose two pharmacological inhibitors,TAPI-0 and MMP inhibitor III and one physiological inhibitor, TIMP-2. All threeinhibitors increased hypertrophic growth in cardiomyocytes. This shows thatMMPs appear under basal culture conditions as a repressor of hypertrophy incardiomyocytes. If MMPs were inhibited, the repressor function was blockedand hypertrophy was induced.To characterize the signaling induced by MMP-inhibition, we have choseninhibitiors of translation and transcription and of different kinases. The resultsshow, that for the growth effect transcription and translation factors are needed.In addition I identified several kinases that are involved in this signaling cascade:ERK and PI3-Kinase that are involved in the classical signaling of hypertrophy,also contribute to hypertrophic growth under MMP-inhibition. Furthermore,GSK-3beta which is known as a classical repressor of hypertrophy was shown tobe involved in this signaling. Inhibition of MMPs resulted in inactivation of GSK-3beta. That implies that GSK-3 were acting in unstimulated cells as a repressor ofhypertrophy. Thus inhibition of MMPs deactivates this repressor activity andresults in hypertrophic growth. We could also see that an inhibition of MMPreduced apoptosis induced by TGFbeta.In this study we have shown that matrix metalloproteases are involved in thesignaling of hypertrophy and in the apoptosis in cardiomyocytes. For the firsttime MMPs are now characterized as repressors of hypertrophy incardiomyocytes. Therefore, this study adds new aspects to the intracellularfunctions of matrix metalloproteases in the heart.