Stahlhofen, Sabine:

Lokalisierung, Orientierung und Funktion von Connexin 43 in Kardioyozyten-Mitochondrien

Duisburg, Essen (2010), VI, 73 Bl.
Dissertation / Fach: Biologie
ehem. Fakultät für Biologie und Geografie
Medizinische Fakultät
Winterhager, Elke (Doktorvater, Betreuerin)
Schulz, Rainer; Meyer, Hemmo (GutachterIn)
Dissertation
Abstract:
Connexin 43 (Cx43) bildet Kanäle in der Plasmamembran und stellt so die Verbindung benachbarter Herzmuskelzellen her, wodurch diese elektrisch und chemisch miteinander gekoppelt sind. Cx43 ist neben der Plasmamembran auch in der inneren Mitochondrienmembran subsarkolemmaler Mitochondrien (SSM) lokalisiert. Die Öffnung mitochondrialer ATP-abhängiger Kalium-Kanäle und eine erhöhte Bildung reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) stellen ebenso wie Cx43 zentrale Elemente in der Signaltransduktion der ischämischen sowie auch der Diazoxid-induzierten Präkonditionierung dar. In Cx43-defizienten Mäusen kann die durch Diazoxid ausgelöste Infarktgrößenreduktion und die gesteigerte ROS-Produktion nicht induziert werden; der Mechanismus ist weitgehend unklar. Eine direkte oder indirekte Modulation des Kaliumeinstroms in die mitochondriale Matrix durch Cx43 ist ebenso möglich wie eine Veränderung der mitochondrialen Respiration. Ob Cx43 als Halbkanal oder als Einzelmolekül in der Mitochondrienmembran vorliegt und ob funktionelle Veränderungen durch Cx43 als regulatorisches Protein oder als Halbkanal vermittelt werden, ist bislang nicht untersucht worden. Außerdem ist bislang unklar, wohin der Carboxy-Terminus und somit die Phosphorylierungsstellen von Cx43 gerichtet sind. Unbekannt ist weiterhin, ob Cx43 in Herzmuskelzellen, in denen zwei mitochondriale Subpopulationen, SSM und interfibrilläre (IFM) existieren, auch in den IFM vorkommt. Die Ziele der vorliegenden Arbeit sind daher (1) die Untersuchung der Lokalisation von Cx43 auch in IFM, (2) die Bestimmung der Orientierung von Cx43 in der inneren Mitochondrienmembran, (3) die Aufklärung einer Cx43-Halbkanal-Bildung, die Untersuchung des Einflusses von Cx43 (4) auf die Respiration und (5) auf den mitochondrialen Kaliumgehalt. Nach Isolation von SSM und IFM aus dem Rattenventrikel und nachfolgender Western Blot-Analyse wurde Cx43 ausschließlich in SSM nachgewiesen. Mittels kombinierter Proteolyse und anschließender Western Blot- sowie durch immunzytochemische Untersuchungen konnte der Carboxy-Terminus und somit die Phosphorylierungsstellen von Cx43 im intermembranären Spalt detektiert werden. „Cross-Linking“-Experimente sowie die Aufnahme eines Halbkanal-durchlässigen Farbstoffes in die mitochondriale Matrix legen die Existenz von Cx43-Halbkanälen nahe. In isolierten SSM aus Cx43-defizienten Mausherzen war die ADP-stimulierte Atmung bei Zugabe der Substrate für den Respirationskomplex I gegenüber Wildtyp-Mäusen reduziert, ebenso konnte der ADP-stimulierte Sauerstoffverbrauch durch Behandlung isolierter SSM mit Halbkanalblockern gesenkt werden. Nach Isolation von Kardiomyozyten aus Wildtyp- sowie aus transgenen Mäusen, bei denen Cx43 durch Cx32 ersetzt wurde, konnte in Kardiomyozyten aus Wildtyp-Tieren ein schnellerer Kaliumeinstrom in die mitochondriale Matrix gemessen werden. Die in dieser Arbeit gewonnenen Erkenntnisse zeigen den ersten molekularen Unterschied zwischen den mitochondrialen Subpopulationen und lassen daher die Vermutung zu, dass es auch Unterschiede in der Beteiligung an kardioprotektiven Mechanismen geben könnte. Durch die Aufklärung der Orientierung von Cx43 in der inneren Mitochondrienmembran kann ein besseres Verständnis der Regulation von Cx43-Halbkanälen erwartet werden. Erste Einblicke in die funktionelle Rolle von mitochondrialen Cx43-Halbkanälen sind im Zusammenhang mit der Diazoxid-induzierten sowie auch der ischämischen Präkonditionierung von großer Bedeutung und können bei weiteren Untersuchungen das Wissen um die Mechanismen der Kardioprotektion erweitern.

Dieser Eintrag ist freigegeben.