Open Access

Marc Sühling

• Vorhofflimmern ist die häufigste Herzrhythmusstörung des Menschen. Die Generierung neuen Wissens über Prozesse der Zellregulation und Zellkommunikation kann unser Verständnis über zugrundeliegende Pathomechanismen dieser Erkrankung erweitern und bei der Entwicklung neuer Therapiestrategien helfen. Diese Phosphoproteom-Analyse beschreibt Veränderungen des Phosphorylierungsstatus von Proteinen in HL-1 Kardiomyozyten in Abhängigkeit verschiedener Rapid Atrial Pacing (RAP) Stimulationsprotokolle. Um den Einfluss von Regenerationsphasen, wie es sie z. B. auch beim paroxysmalen Vorhofflimmern gibt, auf den Phosphorylierungsstatus von Proteinen zu untersuchen, wurden die Zellen nicht nur kontinuierlich, sondern auch in Intervallen RAP-stimuliert. Insgesamt konnten in dieser Arbeit 9626 Phosphorylierungen in 3463 Proteinen identifiziert werden, von denen 295 Phosphorylierungen in 261 Proteinen signifikant verändert waren. Stark veränderte Phosphorylierungen konnten z. B. in den Proteinen DOCK7 und MARK2 für kontinuierlich stimulierte HL-1 Zellen und OBSCN und JPH2 für Intervall-stimulierte HL-1 Zellen gefunden werden. Neben spezifisch regulierten Proteinphosphorylierungen konnten auch solche beschrieben werden, deren Regulation für kontinuierliches bzw. Intervall-RAP identisch waren (Overlap). Vertreter dieser Gruppe waren z. B. Phosphorylierungen der Proteine KCNH2 und ABLIM3. Eine Vielzahl beobachteter Unterschiede bezüglich der Richtung und Stärke der Regulation von Proteinphosphorylierungen zwischen kontinuierlich und Intervall- stimulierten HL-1 Zellen ist dabei ein deutliches Indiz für einen bestehenden Einfluss der Regenerationsphasen auf die Modulation zellulärer Signalwege. Bei der Zuordnung veränderter Protein-Phosphorylierungen zu definierten Signalwegen zeigte sich das Netrin-Signaling als signifikantes Beispiel für Signalwege, die sowohl bei kontinuierlich als auch bei Intervall-stimulierten HL-1 Zellen einer Modulation unterliegen. Veränderungen in der Regulation der Proteinphosphorylierung bzw. der Proteinexpression konnten dabei vor allem in einem bestimmten Teil des Signalweges identifiziert werden, an dem die Proteine Netrin, DCC-Rezeptor, NCK, RAC und ABLIM beteiligt sind.
• Atrial fibrillation (AF) is the most common tachyarrhythmia. AF, due to substantial remodeling processes initiated in the atria, is a typically self-sustaining and progressive disease. The development and progression of atrial fibrillation (AF) is the result of interaction among multiple signaling pathways with different kinetics. Altogether these pathophysiological pathways lead to electrical, contractile and structural impairment of the atrium and result in atrial remodeling. However, since mass-spectrometry-based proteomics has matured into a mainstream analytical tool over the past decade, it increasingly supports our efforts to gain deeper insights on the development of AF and its interacting pathomechanisms. Our group performed a stable isotope labeling with amino acids in cell culture (SILAC)-based phosphoproteome study in HL-1 mouse cardiomyocytes. HL-1 cells were subjected to 24 h continuous and 24 h interval rapid atrial pacing (RAP), respectively. The phosphoproteomes were analyzed by phosphopeptide enrichment and high-accuracy mass spectrometry (HPLC-MS/MS) in the presence of an internal SILAC-standard which consists of peptide lysates of metabolic labeled HL-1 cells with heavy amino acids. These peptides contain 13C instead of 12C which causes a known mass shift compared with the peptide that contains the light (‘normal’) version of the amino acid. Applying a cut-off of 2.0 and higher, 114 or 133 differential regulated phosphorylations were found and only 7 phospho-sites showed to be equally regulated by continuous RAP or interval RAP. Differential phosphorylated proteins were categorized according to protein families, signaling pathways and cellular functions and include e.g. ion channels (KCNQ1), kinases (MEKKK4, MARK2), cytoskeleton organization-related proteins like obscurin (Speg) and cellular signaling pathways like Netrin-Signaling. Highly divergent phosphorylation patterns support the view that atrial remodeling due to short episodes of RAP or AF could be attenuated by existing recovery mechanisms. These may help to limit AF progression and add to our basic understanding of mechanisms underlying reversibility of early atrial remodeling during AF.