Titelaufnahme

Titel
Voltage-gated ion channel impairments in dystrophic cardiomyocytes
VerfasserRubi, Lena
Begutachter / BegutachterinHilber, Karlheinz
Erschienen2015
Umfang100 Bl.
HochschulschriftWien, Med. Univ., Diss., 2015
SpracheEnglisch
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (DE)Duchenne Muskeldystrophie / Gliedergürtel-Muskeldystrophie Typ 2B / L-Typ Kalziumkanal / spannungsabhängige Ionenkanäle / Dystrophin-defiziente Mausmodelle / Dysferlin-defizientes Mausmodell / ventrikuläre Kardiomyozyten / dilatative Kardiomyopathie
Schlagwörter (EN)Duchenne muscular dystrophy / limb-girdle muscular dystrophy type 2B / L-type calcium channels / voltage-dependent ion channels / dystrophin-deficient mouse models / dysferlin-deficient mouse model / ventricular cardiomyocytes / dilated cardiomyopathy
URNurn:nbn:at:at-ubmuw:1-6401 Persistent Identifier (URN)
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Voltage-gated ion channel impairments in dystrophic cardiomyocytes [4.03 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Introduction/Background: The muscular dystrophies (MDs) are a group of inherited muscular disorders, which are characterized by progressive muscle weakening and wasting. Six different groups can be classified, among which are the dystrophinopathies (e.g. Duchenne muscular dystrophy, DMD) and the limb-girdle muscular dystrophies (e.g.

LGMD2B). DMD is the most common and severe form among the MDs. Both DMD (severe) and LGMD2B (mild) are characterized by cardiac pathology and dysfunction. The cardiac phenotype may be related to impairments in the expression and function of voltage-gated ion channels. One of the most important ion channels in the heart is the L-type voltage-gated Ca2+ channel, which is involved in action potential shaping and in the inition of contraction. The main aim of this study was to identify potential abnormalities in L-type Ca2+ channel function in mouse models of DMD and LGMD2B. Methods and Results: To study ion channel abnormalities in the dystrophic heart, isolated single ventricular cardiomyocytes from adult DMD (mdx, dystrophin-deficient; mdx-utr, dystrophin- and utrophin-deficient) and LGMD2B (dysf, dysferlin deficient) mouse models were compared to wild type (wt) cells. In dystrophin-deficient cardiomyocytes currents through L-type Ca2+ channels were increased and channel inactivation was reduced. To study the functional effects of abnormal Ca2+ channels, action potentials (APs) of dystrophin-deficient cardiomyocytes and electrocardiograms (ECGs) from anaesthetised dystrophin-deficient mice were recorded.

Although AP duration was unchanged, Ca2+ current dependent ECG parameters in dystrophin-deficient hearts were significantly altered.

Western blot and immunofluorescence experiments showed no differences in Ca2+ channel protein levels or localization between dystrophin-deficient and wt cardiomyocytes. To identify the reasons for abnormal Ca2+ channel properties in dystrophin-deficient cardiomyocytes, electrophysiological measurements modulating protein kinase A (PKA) and neuronal nitric oxide synthase (nNOS) were performed. There was no difference in the response of Ca2+ currents to stimulation or inhibition of the PKA-mediated pathway in wt and mdx cardiomyocytes, but there was a difference in the channel's response to nNOS pathway modulation. Furthermore nNOS levels seemed to be reduced in mdx cardiomyocytes. Finally, there were no significant differences between wt and dysf cardiomyocytes regarding Ba2+, Ca2+ and Na+ currents and APs, as well as normal ECG parameters in dysferlin deficient mice. Conclusions: (1) Significant abnormalities of L-type Ca2+ channels in dystrophin-deficient cardiomyocytes, but no alterations in cardiac voltage-gated ion channels in dysferlin deficient cardiomyocytes suggest that dystrophin regulates cardiac ion channels, whereas dysferlin does not. Thus, abnormalities in voltage-gated ion channels do not represent a common feature of all types of MDs. (2) The enhanced Ca2+ currents in dystrophin-deficient cardiomyocytes may be caused by a reduced nNOS activity in these cells. (3) The observed gain of L-type Ca2+ channel function in dystrophin-deficient cardiomyocytes may disturb the electrophysiology of the dystrophic heart and thereby contribute to the cardiac pathology observed in DMD patients.

Zusammenfassung (Englisch)

Einleitung/Hintergrund: Muskeldystrophien bilden eine Gruppe vererbter Muskelkrankheiten, die durch den fortschreitenden Muskelabbau und eine Muskelschwächung charakterisiert sind. Es können 6 Klassen unterschieden werden, unter welchen sich auch die Dystrophinopathien (z.B.: Duchenne Muskeldystrophie, DMD) und die Gliedergürtel-Muskeldystrophien (z.B.: LGMD2B) befinden. DMD ist die am häufigsten auftretende und schwerwiegenste Form der Muskeldystrophien.

Für beide der genannten Muskeldystrophien (DMD, schwer; und LGMD2B, leicht) sind das Auftreten von Pathologien und Dysfunktionen des Herzens charakteristisch. Das Auftreten dieser kardialen Dysfunktionen könnte mit Beeinträchtigungen der Expression oder der Funktion von spannungsgesteuerten Ionenkanälen in Beziehung stehen. Einer der wichtigsten Ionenkanäle des Herzens ist der spannungsgesteuerte Ca2+ Kanal des L-Types, der bei der Formgebung von Aktionspotentialen und der Initiierung der Muskelkontraktion eine Rolle spielt. Das Hauptziel dieser Studie war es, mögliche Abnormitäten der L-Typ Ca2+ Kanalfunktion in Mausmodellen für DMD und LGMD2B aufzudecken. Methoden und Ergebnisse:

Um potentielle Abnormalitäten von Ionenkanälen im dystrophen Herzen zu studieren, wurden einzelne isolierte ventrikuläre Kardiomyozyten von adulten Mausmodellen für DMD (mdx, Dystrophin-defizient; und mdx-utr, Dystrophin- und Utrophin-defizient) und LGMD2B (dysf, Dysferlin-defizient) mit jenen von Wildtyp (wt)-Tieren verglichen. In Dystrophin-defizienten Kardiomyozyten fanden sich erhöhte L-Typ Ca2+ Kanalströme, sowie eine reduzierte Kanalinaktivierung. Um die funktionellen Effekte der abnormen Ca2+ Kanäle zu studieren, wurden Aktionspotentiale einzelner Dystrophin-defizienter Kardiomyozyten, sowie Elektrokardiogramme von narkotisierten Dytrophin-defizienten Mäusen gemessen. Obwohl die Aktionspotentialdauer unverändert war, zeigten Ca2+-abhängige Parameter der von Dsytrophin-defizienten Mäusen abgeleiteten Elektrokardiogramme signifikante Änderungen. Westernblot- und Immunfluoreszenzexperimente zeigten keine Änderungen des Proteinlevels oder der Lokalisierung des Ca2+ Kanalproteins in Dystrophin-defizienten Herzzellen. Um die Ursache der abnormen Kanaleigenschaften in Dystrophin-defizienten Kardiomyozyten zu ermitteln, wurden elektrophysiologische Messungen durchgeführt in welchen Proteinkinase A (PKA) und die neuronale Stickstoffmonoxid-Synthase (nNOS) moduliert wurden. Es gab keine Unterschiede in der Ca2+ Stromantwort auf die Stimulierung oder die Inhibierung des PKA-vermittelten Signalweges in wt und mdx Kardiomyozyten, jedoch gab es einen Unterschied in der Kanalantwort auf die Modulation des nNOS-vermittelten Signalweges zwischen den beiden Genotypen. Auch der nNOS Spiegel in mdx Kardiomyozyten schien erniedrigt. Es gab keine signifikanten, die Ba2+, Ca2+ und Na+ Ströme-, ebenso wie Aktionspotential- oder Elektrokardiogramm-betreffenden Unterschiede, zwischen wt und Dysferlin defizienten dysf Mäusen. Fazit:

(1) Signifikante Abnormalitäten des L-Typ Ca2+ Kanals in Dystrophin-defizienten Kardiomyozyten, aber keine Änderungen der kardialen spannungsgesteuerten Ionenkanäle in Dysferlin-defizienten Herzzellen lassen vermuten, dass Dystrophin Ionenkanäle des Herzens reguliert, Dysferlin hingegen nicht. Daher kann geschlussfolgert werden, dass spannungsgesteuerte Ionenkanalabnormalitäten kein gemeinsames Merkmal aller Muskeldystrophiearten darstellt. (2) Die erhöhten Ca2+ Ströme in Dystrophin-defizienten Kardiomyozyten könnten durch eine reduzierte nNOS Aktivität in diesen Zellen verursacht sein. (3) Der beobachtete Anstieg der L-Typ Ca2+ Kanalfunktion in Dystrophin-defizienten Kardiomyozyten könnte die Elektrophysiologie des dystrophen Herzens beeinträchtigen und auf diese Art zu den, in DMD Patienten beobachteten, Herzpathologien beitragen.