Bitte verwenden Sie diesen Link, wenn Sie dieses Dokument zitieren oder verlinken wollen: https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:9-002403-3

Mechanodynamics of cardiomyocytes in the context of dilated cardiomyopathy (DCM)

  • Die dilatative Kardiomyopathie (DCM) ist eine Herzmuskelerkrankung, die durch eine Einschränkung der kardialen Funktion bei gleichzeitiger Erweiterung eines (zumeist des linken) oder beider Ventrikel charakterisiert ist. Der Krankheit können verschiedene Ursachen zugrunde liegen. Störungen in der humoralen Immunität, mit der Bildung von Autoantikörpern, stehen im Zusammenhang mit der Entwicklung der DCM. Es konnten bereits verschiedenste kardiale Autoantikörper im Plasma von DCM Patienten nachgewiesen werden. Diese Autoantikörper können mit ihrem Fab-Teil an das Antigen binden und gleichzeitig, so wird angenommen, mit ihrem Fc-Teil den FcγRII, dessen Expression auf Rattenkardiomyozyten gezeigt wurde, quervernetzen, wodurch es zur Induktion eines negativ inotropen Effektes kommt. In der vorliegenden Arbeit wurde die Interaktion von FcγRII-Antikörpern mit Rattenkardiomyozyten untersucht und wie sich diese auf die mechano-dynamischen Eigenschaften der Zellen auswirkt. Im ersten Schritt wurde mit Hilfe der Quarz-Kristall-Mikrowaage mit Dissipationsaufzeichnung (QCM-D) untersucht, ob anti-FcγRII-Antikörper an isolierte Kardiomyozyten von Ratten binden. Zunächst wurden Bindungsstudien mit dem zu untersuchenden anti-FcγRII-Antikörper und transfizierten humanen embryonalen Nierenzellen durchgeführt, die den FcγRII in hoher Zelldichte auf der Zelloberfläche exprimieren. Nach erfolgreicher Etablierung des Assays konnte im Anschluss gezeigt werden, dass die anti-FcγRII-Antikörper auch an Rattenkardiomyozyten binden. Dies weist darauf hin, dass Kardiomyozyten möglicherweise den FcγRII auf ihrer Zelloberfläche exprimieren, wie bereits 2007 von Staudt et al. beschrieben wurde. In einem zweiten Ansatz, wurde die Mechanodynamik (Steifheit und Schlagfrequenz) von Kardiomyozyten in Gegenwart von anti-FcγRII-Antikörpern mittels des Rasterkraftmikroskops (AFM) untersucht. Die Inkubation von Rattenkardiomyozyten mit anti-FcγRII-Antikörpern führte zu einer signifikanten Versteifung der Zellen. Zudem zeigte sich, dass die anti-FcγRII-Antikörper nach der Blockierung der spezifischen Bindung an Kardiomyozyten durch Kontroll-IgG keinen Einfluss mehr auf die Zellversteifung haben. Eine biologisch relevante Änderung in der Schlagfrequenz konnte jedoch nach Inkubation der Kardiomyozyten mit den anti-FcγRII-Antikörpern nicht nachgewiesen werden. In der vorliegenden Arbeit konnte erstmals mittels QCM-D nachgewiesen werden, dass anti-FcγRII-Antikörper möglicherweise über eigenständige Rezeptoren an Kardiomyozyten binden. Die Bindung dieser Antikörper führt zu einer Zunahme der Zellsteifigkeit isolierter Kardiomyozyten. Dieser Befund könnte auf einen neuen pathophysiologisch relevanten Wirkungsmechanismus kardialer Autoantikörper hinweisen, der für die Pathogenese der DCM von Bedeutung ist.
  • Dilated cardiomyopathy (DCM) is a myocardial disease primarily characterized by reduction of cardiac function as well as an enlargement of either one (the left ventricle) or both ventricles. The disease can have several causes. Disturbances in humoral immunity have been implicated in the development of DCM, and various cardiac-specific autoantibodies have been identified in the plasma of DCM patients. These autoantibodies are able to bind with their Fab-part to the antigen and it is believed that they crosslink through their Fc-part to FcγRII, their expression has been proven on rat cardiomyocytes, inducing a negative inotropic effect. The present thesis addresses the interaction of anti-FcγRII-antibodies with rat cardiomyocytes and the way these antibodies influence the mechanodynamics of the cells. First, it was investigated whether anti-FcγRII-antibodies bind to isolated rat cardiomyocytes using a Quartz Crystal Microbalance with Dissipation monitoring (QCM-D). In a comparative study proving the binding of anti-FcγRII-antibodies to transfected Human Embryonic Kidney cells, highly expressing the FcγRII on their surface, it was shown that anti-FcγRII-antibodies bind also to rat cardiomyocytes. This indicates that cardiomyocytes potentially express FcγRII on their surface as already shown in 2007 by Staudt et al. Second, the mechanodynamics (stiffness and contractility) of cardiomyocytes were analyzed in the presence of anti-FcγRII-antibodies using Atomic Force Microscopy (AFM). Incubation of rat cardiomyocytes with anti-FcγRII-antibodies induced significant cell stiffening. Moreover, pre-treatment of the cells with control-IgG blocked the specific binding between anti-FcγRII-antibodies and rat cardiomyocytes as anti-FcγRII-antibodies did no longer influence the stiffening of cardiomyocytes. However, the impact of anti-FcγRII-antibodies on the beating rate of cardiomyocytes had no biological relevance. In the present work QCM-D measurements revealed that anti-FcγRII-antibodies may bind to receptors on the cell surface of cardiomyocytes. Furthermore, this interaction was found to increase the stiffness of isolated cardiomyocytes. This finding could refer to a new pathophysiological relevant mechanism of cardiac autoantibodies that might be of importance in the pathogenesis for DCM.

Download full text files

Export metadata

Additional Services

Share in Twitter Search Google Scholar
Metadaten
Author: Alena Rong
URN:urn:nbn:de:gbv:9-002403-3
Title Additional (German):Mechanodynamik von Kardiomyozyten im Zusammenhang der dilatativen Kardiomyopathie (DCM)
Title Additional (English):Mechanodynamics of cardiomyocytes in the context of dilated cardiomyopathy (DCM)
Advisor:Prof. Dr. Roland Jahns, Prof. Dr. Stephan B. Felix
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Date of Publication (online):2016/01/07
Granting Institution:Ernst-Moritz-Arndt-Universität, Universitätsmedizin (bis 31.05.2018)
Date of final exam:2015/12/18
Release Date:2016/01/07
Tag:Quarzkristall-Mikrowaage, Schlagfrequenz
atomic force microscopy, beating frequency, cardiomyocyte, quartz crystal microbalance, stiffness
GND Keyword:Elastizitätsmodul, Herzmuskelzelle, Kontraktion, Rasterkraftmikroskop
Faculties:Universitätsmedizin / Klinik und Poliklinik für Innere Medizin
DDC class:600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 610 Medizin und Gesundheit
PACS-Classification:80.00.00 INTERDISCIPLINARY PHYSICS AND RELATED AREAS OF SCIENCE AND TECHNOLOGY / 87.00.00 Biological and medical physics / 87.17.-d Cell processes / 87.17.Rt Cell adhesion and cell mechanics