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TGF-beta induzierte Expression extrazellulärer Matrixproteine durch Herzmuskelzellen der adulten Ratte

Henning, Kirsten


Originalveröffentlichung: (2009) Giessen : VVB Laufersweiler
pdf-Format: Dokument 1.pdf (1.872 KB)

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Universität Justus-Liebig-Universität Gießen
Institut: Institut für Veterinär-Physiologie; Physiologisches Institut
Fachgebiet: Veterinärmedizin
DDC-Sachgruppe: Landwirtschaft
Dokumentart: Dissertation
Zeitschrift, Serie: Edition scientifique
ISBN / ISSN: 978-3-8359-5558-5
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 27.11.2009
Erstellungsjahr: 2009
Publikationsdatum: 21.12.2009
Kurzfassung auf Deutsch: Charakteristische Merkmale für den fibrösen Umbau im Herzen sind eine verstärkte Expression und Deposition extrazellulärer Matrixproteine. Diese
verstärkte Deposition an extrazellulärer Matrix kann Ausdruck einer
gesteigerten Bildung und Freisetzung von Zytokinen sein. Insbesondere dem in
dieser Studie untersuchten Zytokin Transforming growth factor-beta kommt hier
eine große Bedeutung zu. Es ist bekannt, dass TGF-beta im Geschehen der
Herzfibrose, der Apoptose, der Myokardhypertrophie sowie der kontraktilen
Dysfunktion eine große Rolle spielt. TGF-beta wird hauptsächlich am Übergang
einer kompensierten zu einer dekompensierten Hypertrophie vermehrt
exprimiert. In Fibroblasten nimmt TGF-beta einen Einfluss auf die Expression und
Deposition der extrazellulären Matrix, in adulten Kardiomyozyten beeinflusst
TGF-beta Apoptose sowie die kontraktile Funktion und die beta-adrenerg vermittelte Hypertrophie.
Bei der hier vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass auf Ebene der
einzelnen Kardiomyozyten die Stimulation mit TGF-beta eine vermehrte
Expression und Deposition extrazellulärer Matrixproteine zur Folge hat. Nach
einer 24-stündigen Inkubation mit TGF-beta konnte ein Anstieg der Expression und
Freisetzung der extrazellulären Matrixproteine Kollagen I, Fibronektin, Elastin,
Laminin und Laminin-Rezeptors nachgewiesen werden. Die Expression
autochthon gebildeter ECM beeinflusst das Mikromillieu der Herzmuskelzellen
wesentlich. Weiterhin wurde festgestellt, dass zwei Mitglieder aus der Familie der mitogen aktivierten Proteinkinasen, die JNK und die p38-MAPK, in das TGF-beta vermittelte Signalling von Kardiomyozyten involviert sind. Hier konnte gezeigt werden, dass TGF-beta in adulten Kardiomyozyten den Phosphorylierungsgrad vor allem der JNK aber auch der p38-MAPK erhöhen, und sie auf diese Weise aktivieren. Die Aktivierung der p38-MAPK zeigt einen monophasischen Verlauf mit einem Peak nach 15 Minuten, wohingegen die Aktivierung der JNK einen biphasischen Verlauf nimmt. Ihre Peaks finden sich nach 10- bzw. 90-minütiger Inkubation mit TGF-beta. Nach einer spezifischen Hemmung der JNK und der p38- MAPK durch ihre pharmakologischen Inhibitoren konnte eine Reduktion der Expression und Deposition extrazellulärer Matrixproteine nachgewiesen werden. Nach der spezifischen Hemmung der JNK zeigt sich eine signifikant verminderte Expression und Deposition von Kollagen I, Elastin, Fibronektin sowie des Laminin-Rezeptors. Die TGF-beta induzierte Expression und Deposition von Fibronektin und des Lamin-Rezeptors wurde durch die pharmakologische Hemmung der p38-MAPK reduziert. Weder die reduzierte Aktivierung der JNK noch die der p38-MAPK nehmen einen Einfluss auf die Expression von Laminin.
Die Tatsache, dass nicht nur Fibroblasten für die Bildung extrazellulärer
Matrixproteine verantwortlich sind, sondern dass das Mikromillieu direkt durch
die Kardiomyozyten beeinflusst wird, wirft ein neues Licht auf die Pathologie der Entstehung der Myokardhypertrophie. Ob der Einbau der von Kardiomyozyten
selbst exprimierten ECM - neben dem Einfluss auf die kontraktile Funktion -
spezifische intrazelluläre Signalwegen durch Integrin und Non-Integrin
Rezeptoren nutzt, bedarf weiterer Untersuchungen.
Kurzfassung auf Englisch: Characterizing features of the fibrous remodelling in the heart are accentuated
expression and deposition of extracellular matrixproteins (ECM). This
accentuated deposition of extracellular matrix could be manifested in a higher
development and release of cytokines. In particular the examined cytokine
transforming growth factor-beta (TGF-beta) gets a pivotal importance. It is well known, that TGF-beta plays an important role in cardiac fibrosis, apoptosis, hypertrophic induction, and contractile dysfunction. This cytokine is mainly expressed during the transition of compensated to decompensated hypertrophy. In fibroblasts TGF-beta influences expression of ECM. In adult cardiomyocytes TGF-beta influences apoptosis, contractile function and modulation of beta;-adrenoceptor mediated hypertrophy.
In this study an increased expression and deposition of extracellular matrix
proteins caused by stimulation with TGF-beta was shown in isolated single
cardiomyocytes. All examined ECM proteins (collagen I, fibronectin, laminin,
elastin and the laminin-receptor) become increased expressed and released
after 24h of TGF-beta (10 ng/ml) treatment. This expression of autochthonically
produced ECM proteins influences the micromilieu of cardiomyocytes.
Moreover JNK and p38-MAPK, two members of the family of mitogen activated
proteinkinases, were identified to be involved in the TGF-beta dependent signalling in cardiomyoctes. As a result it was shown that in the presence of TGF-beta the degree of phosphorylation of JNK and p38-MAPK in adult cardiomyocytes was activated. p38-MAPK phosphorylation was increased monophasically after 15 min of TGF-beta treatment, whereas JNK was phosphorylated biphasically 10 min and 90 min after TGF-beta stimulation. After specific inhibition of both kinases by their pharmacological inhibitors a reduced expression and deposition of extracellular matrixproteins was achieved. The TGF-beta mediated expression of fibronectin, collagen I, elastin and of the laminin-receptor was significantly reduced by pretreatment of cells with a pharmacological inhibitor of JNK.

Inhibition of p38- MAPK reduced the TGF-beta induced increase in expression of
fibronectin and of the laminin-receptor. Laminin was neither influenced by the
use of the JNK inhibitor nor of the p38-MAPK inhibitor.
The fact that not only fibroblast are responsible for the production of ECM sheds a new light on the development of a pathological myocardial hypertrophy. The surrounding of myocytes is influenced autonomously. If the produced ECM
insert – beside the influence in contractile function - the specific intracellular signalling pathways through integrin or non-integrin receptors needs to be further elucidated.