Die Rolle der p38 MAP-Kinase in der Signaltransduktion hypertropher Wachstumsregulation adulter Kardiomyozyten

Abstract

In der vorliegenden Arbeit wurde am Modell kultivierter Kardiomyozyten der Ratte die Signaltransduktion myokardialer Hypertrophie untersucht. Sowohl alpha- als auch beta-adrenerge Stimulation bedingen letztendlich über eine Aktivierung der PI 3-Kinase und p70s6-Kinase kardiale Hypertrophie. Die Ankopplung des beta-Adrenozeptors an diese hypertrophe Signaltransduktion ist allerdings noch Gegenstand der Forschung. In vitro ist die hypertrophe Ansprechbarkeit des beta2-Adrenozeptors nur in serumkultivierten Kardiomyozyten belegt. Entsprechend wurden Parameter dieses Kulturmodells hinsichtlich einer Einflussnahme auf die beta-adrenerge Signaltransduktion untersucht werden. Als wesentliches Ergebnis dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass in serumkultivierten Kardiomyozyten, unter Anwesenheit von TGF-beta, die Expression der p38 MAP-Kinase signifikant erhöht ist. Im gleichen Kulturmodell führte eine beta-adrenerge Stimulation über die Signaltransduktion der p38 MAP-Kinase zu einer myokardialen Proteinsynthesesteigerung. Die beta-adrenerg induzierte Aktivierung der p38 MAP-Kinase war dabei allerdings unabhängig von TGF-beta. Im Folgenden wurden mechanische Einflussparameter hinsichtlich einer Auswirkung auf die myokardiale Wachstumsregulation untersucht. Durch mechanische Beanspruchung der Kardiomyozyten in Form von elektrischer Stimulation beziehungsweise Kultivierung in hyperosmolarem Milieu war eine p38 MAP-Kinase vermittelte Proteinsynthesesteigerung nachweisbar. Die Ergebnisse dieser Arbeit belegen, dass die p38 MAP-Kinase in die Signaltransduktion kardialer Hypertrophie nach beta-adrenerger Stimulation integriert ist. Ihre Aktivierung scheint allerdings oberhalb der durch den Einfluss von TGF-beta induzierten Veränderungen hypertrophen Wachstums angesiedelt zu sein. Weiterhin ist die p38 MAP-Kinase vermutlich in die Signaltransduktion mechanisch induzierter Hypertrophie integriert. Die Bedeutung der p38 MAP-Kinase für die hypertrophe Signaltransduktion unter Bedingungen vermehrter mechanischer Belastung beziehungsweise beta-2-adrenerger Hypertrophie, wie sie auch am Übergang zur Herzinsuffizienz beobachtet wird, unterstreicht deren Bedeutung für die myokardiale Wachstumsregulation vor allem unter pathophysiologischen Bedingungen.

In the present study we investigated the signaling pathway leading to cardiac hypertrophy in cultures of isolated cardiomyocytes. alpha-adrenoceptor as well as beta-adrenoceptor stimulation leads to cardiac hypertrophy by sharing PI 3-kinase and p70S6 kinase as the endpoints of the hypertrophic signaling pathway. The signaling molecules which couple beta-adrenoceptor stimulation to activation of the PI 3-kinase are still unknown. In vitro only cardiomyocytes pre-cultured with TGF-beta develop hypertrophic responsiveness to beta-adrenoceptor stimulation that cannot be found in freshly isolated cells. In order to define signaling molecules which are specifically involved in beta-adrenoceptor dependent hypertrophy these cultures were analysed. The main finding of our study is that during cultivation of cardiomyocytes in presence of active TGF-beta the expression of p38 MAP-kinase increased significantly. In the same culture model stimulation of beta-adrenoceptors induced protein synthesis in a p38 MAP-kinase-dependent way. However, the activation of p38 MAP-Kinase by beta-adrenoceptor stimulation was independent of pre-treatment with TGF-beta. After that it was studied whether mechanical stress increases protein synthesis in adult cardiomyocytes. It was shown that in absence of TGF-beta mechanical stress, either by hyperosmolarity or reconstitution of mechanical activity, increases protein synthesis via p38 MAP-Kinase activation in freshly isolated cells. Activation of p38 MAP-kinase is a newly identified signaling step specific for beta-adrenoceptor-dependent hypertrophy. In the regulation of protein synthesis the activation of p38 MAP-Kinase seems to be located up-stream of the TGF-beta-induced changes in hypertrophic signaling molecules. Probably the p38 MAP-kinase is also part of a direct mechanical transduction to hypertrophic responses. Since the p38 MAP-Kinase is involved in beta-2-adrenoceptor induced hypertrophy, which is a characteristic feature of the hypertensive heart at the transition to heart failure, as well as in mechanical force induced hypertrophy, this suggests that the p38 MAP-Kinase plays an important role in the regulation of protein synthesis under pathophysiologicalconditions