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Die dilatative Kardiomyopathie als Folge einer Strukturstörung des Zellkernes und aberrierenden Zellkernfunktion : Eine ultrastrukturelle und immunhistochemische Studie

Barth, Beatrix


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Universität Justus-Liebig-Universität Gießen
Institut: Max-Planck-Institut für Physiologische und Klinische Forschung, Kerckhoff-Institut, Abt. Experimentelle Kardiologie, Bad Nauheim
Fachgebiet: Medizin
DDC-Sachgruppe: Medizin
Dokumentart: Dissertation
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 06.06.2002
Erstellungsjahr: 2002
Publikationsdatum: 18.07.2002
Kurzfassung auf Deutsch: Die DCM ist eine Herzmuskelerkrankung beim Menschen mit unbekannter Pathogenese. Obwohl etliche prädisponierende Faktoren
verantwortlich gemacht werden zur Entstehung des Krankheitsbildes, ist der eigentliche Pathomechanismus noch unbekannt.


Der auffälligste histologische Befund ist die Reduktion der Myofibrillen, Ersatz derselben durch unspezifisches Zytoplasma und die
Zunahme der interstitiellen Fibrose. Als ursächlich hierfür wird in der Literatur eine Störung des Zellkernes für möglich gehalten.


Ziel dieser Arbeit war die systematische Untersuchung der Zellkerne bei DCM-Patienten. Die Darstellung der Ultrastruktur der Kerne und
der pathologischen Veränderung derselben erfolgte durch Elektronenmikroskopie. Mittels Immunhistochemie wurde der Nachweis der
Transkription (Inkubation mit Anti-Splicing-Faktor SC 35) erbracht und durch Fluoreszenz-Feulgen-Färbung der DNA-Gehalt der Kerne
quantifiziert.


Linksventrikuläres Myokard von sechs Patienten, die an DCM im Spätstadium erkrankt waren und transplantiert wurden, stand für diese
Untersuchungen zur Verfügung. Die dokumentierten Ergebnisse des Myokards der DCM-Patienten wurde den Befunden an normalem
Myokard des linken Ventrikels gegenübergestellt.


Die Kerne der DCM-Patienten zeigten deutliche Veränderungen der Ultrastruktur auf:


- Vergrößerungen


- Formanomalien


- Aufweitung der perinukleären Zone


- Intranukleäre Einschlüsse unterschiedlichster Natur


- Membranproliferationen und -fehlbildungen


- Unterbrochene membranöse Separierung


- Pseudoeinschlüsse


- Intranukleäre Tubuli


- Intranukleäre Kompartimente


- Aggregationen feinst filamentären Materials intra- und perinukleär


- Irregulärer Aufbau der Nukleoli


- Form-, Zahl- und Größenanomalien der Nukleoli


- Chromatinveränderungen, die als Marker für Ischämie und Apoptose gelten


- Peri- und Interchromatingranula.


Die Bedeutung dieser ultrastrukturellen Veränderungen wurde dargestellt als einerseits Zeichen der Hypertrophie und andererseits als
degenerative Erscheinungen der Kerne bei DCM.


Durch die fluoreszenzmikroskopischen Untersuchungen konnte nachgewiesen werden, daß die Kerne bei DCM zwar transkriptionsaktiv
sind, aber eine reduzierte DNA-Konzentration gegenüber normalem Myokard aufweisen und keine Polyploidie der Kerne der
DCM-Patienten vorliegt. Die ultrastrukturellen Veränderungen, neben dem Ergebnis des im Verhältnis zu geringen DNA-Gehaltes, wurden
als Zeichen von Transkriptionsaktivität und gleichzeitig supprimierter Syntheseleistung interpretiert.


Es wird angenommen, daß durch Steigerung der Transkription die Reduktion der DNA-Konzentration ausgeglichen wird. Diese
Kompensation ist jedoch nicht vollständig, so daß eine reguläre Steuerung zwischen Proteinbedarf und Syntheseleistung nicht mehr
stattfindet. Aus der Entkoppelung der Syntheseleistung des Kernes vom Bedarf des Myozyten resultiert eine strukturelle Störung des
Myozyten, die zur terminalen Herzinsuffizienz bei DCM führt.


Die nukleäre Lamina ist die strukturelle Untereinheit des Kernes und ist entscheidend für die Organisation der biologischen Prozesse im
Kern. Als ursächlich für die signifikante Veränderungen der Kerne bei DCM wird ein pathologischer Aufbau der nukleären Lamina
verantwortlich gemacht.


Schlußfolgerung:Bei DCM liegen signifikante Veränderungen der Ultrastruktur des Kernes vor, die als Laminastörung interpretiert
werden. Da die DNA-Konzentration bei gleichbleibendem SC 35-Gehalt reduziert ist, wird auf ungenügende Transkription und Translation
im Verhältnis zur Myozytengröße durch noch lebensfähige Kerne geschlossen.

Kurzfassung auf Englisch: DCM is a human heart muscle disease with unknown causes. Although predisposing factors resulting in DCM are known, the real
pathologic mechanism leading to DCM is still unknown.


The most obvious histologic findings are reduction of myofibrils, replacement with unspecific cytoplasm and increased fibrosis in
interstitium.


It is hypothesized that these are results from a disturbance in nuclear function.


The aim of this study was the systematic investigation of nuclei of DCM-patients. The ultrastructure of the nuclei and their pathological
alterations was studied by electron microscopy. Active Transcription was evidenced with immunohistochemical techniques (anti-splicing-
factor sc 35), and DNA-content was quantified by Fluorescence-Feulgen-Staining.


Left ventricular myocardium from six patients with DCM and end stage heart failure undergoing heart transplantation was available for this
study. Results from these patients are compared with normal left ventricular myocardium.


Nuclei of DCM-patients showed significant changes in their ultrastructure:


- enlargement


-bizarre shape

-aggregations of fine filamentous material intranuclear and perinuclear

-alterations of form, amount and size of nucleoli


-chromatin changes as signs for ischemia and apoptosis

-peri and interchromatin granules.


These utrastructural pathologic changes are explained as signs of hypertrophy on the one hand and on the other hand as degenerative
appearance of nuclei in the DCM-group.


Results of the confocal microscopic investigations showed active transcription in the DCM-group. DNA-concentration was reduced in
comparison to normal myocardium and there was no polyploidy.


The fact that DNA-content is reduced when related to the size of myocytes and the pathological ultrastructural findings were interpreted as
signs of active transcription and suppressed synthesis.


We propose that reduced DNA-concentration was balanced by increased transcription. This compensation is not complete, so that there is
no regulation between requirement of proteins and rate of synthesis. The consequence is a disturbance in myocyte structure leading to end
stage failure of DCM-hearts.


The nuclear lamina is the structural basis of nuclei and responsible for organization of biological processes in nuclei. We propose that the
pathological alteration of the nuclear lamina leads to the ultrastructural changes of nuclei shown in this study.


Conclusion: DCM-patients show significant changes in ultrastructure of myocyte nuclei and these are assumed to be disturbances of the
nuclear lamina. DNA-concentration is reduced, content of sc 35 is unchanged. Although nuclei are still alive, we propose an insufficient
transcription and translation in comparison to the size of DCM-myocytes.