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Mechanismus der Insulin-vermittelten Myokardprotektion gegen den Reperfusionsschaden

Gkatzoflia, Anna


Originalveröffentlichung: (2009) Giessen : VVB Laufersweiler 2010
pdf-Format: Dokument 1.pdf (900 KB)

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Universität Justus-Liebig-Universität Gießen
Institut: Physiologisches Institut
Fachgebiet: Medizin
DDC-Sachgruppe: Medizin
Dokumentart: Dissertation
Zeitschrift, Serie: Edition scientifique
ISBN / ISSN: 978-3-8359-5581-3
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 26.03.2010
Erstellungsjahr: 2009
Publikationsdatum: 14.04.2010
Kurzfassung auf Deutsch: Hintergrund und Ziele:
Experimentelle und klinische Studien haben gezeigt, dass die Applikation von Insulin
während der Reperfusion zuvor ischämischen Myokards protektiv wirkt, aber die
zugrunde liegenden Mechanismen sind noch unbekannt. In dieser Studie
untersuchten wir in isolierten Kardiomyozyten adulter Ratten, die einer simulierten
Ischämie (Hypoxie) und Reperfusion (Reoxygenation) unterzogen wurden, ob die
Gabe von Insulin während der Reperfusion gegen die Entwicklung von
Hyperkontraktur schützen kann. Die Hyperkontraktur von Kardiomyozyten
charakterisiert den frühen Reperfusionsschaden auf zelluläre Ebene und ist für die
Entstehung der Gewebsnekrose verantwortlich. Die Effekte von Insulin auf die
protektiven Kinasen, d. h. PI3-Kinase und cGMP-abhängige Proteinkinase G (PKG),
und auf die zytosolische Ca2+-Konzentration in reoxygenierten Kardiomyozyten
wurden untersucht.
Ergebnisse:
Die Applikation von Insulin (10 mU/L) während der Reoxygenation schützte die
Kardiomyozyten gegen die Hyperkontrakturentwicklung. Die zytosolische Ca2+-
Erholung in den ersten Minuten der Reperfusion wurde in Anwesenheit von Insulin
beschleunigt. Die protektiven Effekte von Insulin auf die zytosolische Ca2+-Erholung
und auf die Hyperkontrakturentwicklung wurden in Gegenwart von Hemmstoffen der
PI3-Kinase (LY294002, 1 μM), der eNOS (L-NMMA, 100 μM), der PKG (KT 5823, 1
μM) oder der SERCA (Thapsigargin, 150 nM) aufgehoben.
Insulin führte zur verstärkten Phosphorylierung von eNOS und Phospholamban und
erhöht die Speicherkapazität des sarkoplasmatischen Retikulums in reoxygenierten
Kardiomyozyten.
Schlussfolgerung:
Insulin schützt Kardiomyozyten gegen die reperfusionsinduzierte Hyperkontraktur
durch eine beschleunigte Erholung der zytosolischen Calciumüberladung in der
frühen Reperfusionsphase. Die beschleunigte Erholung des zytosolischen Calciums
ist auf erhöhte Calciumsequestrierung in das sarkoplasmatischen Retikulum durch
Aktivierung der SERCA zurückzuführen. Diesem Schutzmechanismus liegt eine
Aktivierung des protektiven Signalweges PI3-Kinase/eNOS und PKG zugrunde.
Kurzfassung auf Englisch: Objectives:
Experimental and clinical studies have shown that administration of insulin during
reperfusion is cardioprotective, but the underlying mechanisms are still unknown. In
this study, we investigated in isolated rat cardiomyocytes subjected to simulated
ischemia (hypoxia) and reperfusion (reoxygenation) whether administration of insulin
during reoxygenation reduces reoxygenation-induced hypercontracture, a hallmark of
acute reperfusion injury. The effects of insulin on potential pro-survival kinases, i.e.,
PI 3-kinase, NO synthase (eNOS), and cGMP-dependent protein kinase (PKG), and
on cytosolic Ca2+- control in reoxygenated cardiomyocytes were investigated.
Results:
Administration of insulin (10mU/L) during reoxygenation protected cardiomyocytes
against hypercontracture development. Cytosolic Ca2+-recovery during the first 2
minutes of reoxygenation was accelerated. The beneficial effects of insulin on
cytosolic Ca2+-recovery and hypercontracture were suppressed in the presence of
inhibitors of PI 3-kinase (LY294002, 1 μM), eNOS (L-NMMA, 100 μM), PKG (KT
5823, 1 μM), or sarcoplasmic reticulum Ca2+-ATPase (SERCA) (thapsigargin, 150
nM). Insulin increased phosphorylation and activity of eNOS and augmented
phospholamban phosphorylation in reoxygenated cardiomyocytes. Correlated with
phospholamban phosphorylation, insulin also augmented SR Ca2+- load.
Conclusions:
Insulin protects cardiomyocytes against reoxygenation-induced hypercontracture.
This is due to acceleration of cytosolic Ca2+-recovery by enhanced Ca2+-
sequestration into the sarcoplasmic reticulum via SERCA activation. This protective
mechanism is activated through the survival pathway consisting of PI3-kinase, eNOS,
and PKG.