1Universitätsklinikum Regensburg Klinik und Poliklinik für Innere Med. II, Kardiologie Regensburg, Deutschland
Stand der Forschung:
Die Ca2+/Calmodulin abhängige Proteinkinase II (CaMKII) ist ein Schlüsselenzym in der Entstehung von Herzinsuffizienz und Arrhythmien. Unsere Arbeitsgruppe konnte bereits demonstrieren, dass das Protein Calcium-Serin-Kinase (CASK) als Negativregulator der CaMKII fungiert und die inhibitorischen Effekte von SGLT2-Inhibitoren (z.B. Empagliflozin) und GLP1-Agonisten (z.B. Liraglutid) auf die CaMKII vermittelt. Der genaue Mechanismus der CaMKII-Inhibition durch CASK ist jedoch bislang unklar.
Ziele und Methoden:
Zur genaueren Untersuchung der CaMKII-Inhibition wurde die Wirkung des spezifischen CaMKII-Inhibitors Autocamtide-2-related inhibitory peptide (AIP) auf isolierte ventrikuläre Kardiomyozyten untersucht, indem diese mit AIP präinkubiert wurden (2 µM, 30 min) und dann mittels H2O2-induzierten (100 µM, 5 min) reaktiven Sauerstoffspezies die CaMKII aktiviert wurde. Unter diesen Konditionen wurde die Kraftentwicklung muriner Wildtyp (WT)- und CASK-Knockout (KO)-Muskelstreifen verglichen, sowie der CaMKII-abhängige und proarrhythmogene späte Natriumstrom (Late INa) mittels Patch-Clamp-Technik in beiden Modellen gemessen. Zudem wurde unter β-adrenerger Stimulation mit Isoprenalin (Iso) (100 nM, 5 min) die systolische Calciumfreisetzung in WT- und KO-Kardiomyozyten mittels Epifluoreszenzmikroskopie untersucht.
Ergebnisse:
Bei der Analyse der Muskelstreifen zeigte sich unter H2O2 beim WT eine verringerte Kraftentwicklung im Vergleich zur Kontrollgruppe (Veh) (Normalisierung auf Veh: n=16, 1.0 ± 0.0 vs. H2O2: n=16, 0.813 ± 0.040), welche durch AIP wieder erhöht werden konnte (H2O2 + AIP: n=5, 1.046 ± 0.032). Im KO konnte AIP spannenderweise die Verminderung der Kraftentwicklung nicht verhindern. Interessanterweise konnte auch in der Untersuchung des Late INa mittels Patch Clamp beobachtet werden, dass der unter H2O2 erhöhte Late INa im WT durch AIP verringert werden konnte (H2O2: n=5, -74.29 ± 6.943 vs. H2O2 + AIP: n=5, -29.48 ± 5.608), jedoch im KO aufgrund der erhöhten basalen CaMKII-Aktivität unter H2O2 keine Steigerung des Late INa erfolgte (Veh: n=5, -57.91 ± 6.737 vs. H2O2: n=7, -60.80 ± 3.099) und dieser auch unter AIP nicht gesenkt werden konnte. Die Stimulation von Kardiomyozyten mittels Isoprenalin führte zu einer vergrößerten Amplitude der Calciumtransienten (Veh: n=6, 0.800 ± 0.148 vs. Iso: n=6, 1.938 ± 0.103), wobei AIP diese Vergrößerung nur im WT (Iso + AIP: n=6, 1.713 ± 0.115), aber nicht im KO reduzieren konnte.
Diskussion & Fazit:
Unsere Daten zeigen, dass durch die spezifische CaMKII-Inhibition mittels AIP im WT die Kontraktionsfähigkeit von Kardiomyozyten verbessert, der Late INa gesenkt und die β-adrenerg erhöhte systolische Calciumfreisetzung reduziert werden kann. Diese Effekte treten jedoch im KO-Modell bemerkenswerterweise nicht auf. Dies deutet darauf hin, dass CASK global eine Rolle bei der CaMKII-Inhibition spielt und zum Verständnis kardioprotektiver Medikamente weiterer Untersuchung bedarf.