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Weiterentwicklung eines Zellmodells zur Untersuchung der ischämischen Prä- und Postkonditionierung
(2012)
In der westlichen Welt zählen der Myokardinfarkt, bzw. die kardiovaskulären Erkrankungen, zu den häufigsten Todesursachen. Dies ist einer der Gründe, warum in den vergangenen Jahrzehnten intensiv nach Möglichkeiten gesucht wurde, die Folgen von Herzinfarkten zu minimieren. Grundlage für viele neuere Versuche war die Entdeckung, dass die Wiederdurchblutung des ischämischen Gewebes eine weitere Zellschädigung verursacht, genannt Reperfusionsschaden. Diese Zellen sterben nicht durch die Ischämie, sondern durch ein intrazelluläres Ungleichgewicht der Elektrolytkonzentrationen und einem ATP-Mangel. Es wurde gezeigt, dass man mit Hilfe von Präkonditionierung, später auch Postkonditionierung, diese Gruppe von Zellen vor dem Untergang schützen und somit das verbleibende Infarktareal verkleinern kann. Im Rahmen dieser experimentellen Arbeit wurde ein zellbasiertes Modell zur Erforschung der Postkonditionierung an Herzzellen so weiterentwickelt, dass Bestandteile der postulierten Signalkaskade der Postkonditionierung auch auf zellulärer Ebene erforscht werden können. Darüber hinaus ist es möglich, verschiedene Substanzen in ihrer Fähigkeit diesen Schutz auszulösen, zu untersuchen. Mit Hilfe einer immortalen Tumorzelllinie der Maus (HL-1-Zellen), die herzzellähnliche Eigenschaften besitzt, konnten Zellen so kultiviert werden, dass eine Vielzahl von Experimenten möglich wurde. Durch den Farbstoff TMRE, ein Marker für das mitochondriale Membranpotential, konnte bei Messungen mit der FACS-Technik eine gute Diskriminierung zwischen den toten und vitalen Zellen erreicht werden. Der Austausch des Nährmediums mit einem speziellen Puffer während der Experimente bewirkte, dass die Konzentration von Calcimycin, bei gleicher Wirkung, herabgesetzt werden konnte. Calcimycin ist ein Kalziumionophor, der den tödlichen Reperfusionsschaden auf der Basis einer Kalziumüberladung auslöst. So konnte anhand dieses Zellmodels die schützende Wirkung von BAY 58-2667 und Eplerenon auf ischämiegeschädigte Zellen bestätigt werden. Es konnte gezeigt werden, dass es ein Modell auf dieser Basis ermöglicht, Bestandteile der Signalkaskade zu identifizieren und Pharmaka auf ihren infarktgrößenreduzierenden Effekt zu testen. Die Methode stellt allerdings keinen Ersatz zu Tierexperimenten und klinischen Forschungen dar, dennoch ist sie eine gute Möglichkeit die Substanzen vorab auf ihre Tauglichkeit zu testen und somit gezielter Tierversuche durchzuführen.
Die ischämische Präkonditionierung ist ein endogener kardioprotektiver Schutzmechanismus, vermittelt über kurze Phasen von Ischämie und Reperfusion. Dieser wird unter anderem durch die Öffnung von ATP-sensitiven Kaliumkanälen der inneren Mitochondrienmembran vermittelt. In der vorliegenden Arbeit wurde die zytosolische Domäne (cKir3.4) der Untereinheit Kir3.4 des kardialen, ATP-sensitiven Kaliumkanals untersucht. Ausgehend von der cDNA für die zytosolische Domäne der Untereinheit Kir3.4 (cKir3.4) wurden Protokolle zur Expression als 6xHis-tag-Fusionsproteinsowie als GST-Fusionsprotein inEscherichia coli etabliert.Es zeigte sich eine Lokalisation von über 90% des rekombinanten Proteins in Einschlusskörpern, nur 10% lagen in den löslichen Fraktionen vor. Nach Modifikation der Aufreinigungsbedingungen und der Proteingröße konnte via Affinitätschromatographie rekombinantes Protein in quantitativem Maßstab gewonnen werden. Ferner wurde im Labor ein Präkonditionierungsmodell für Rattenherzen etabliert und im anschluss für die Phase der Präkonditionierung spezifische Proteine isoliert. Zudem wurde ein polyklonaler Antikörper im Kaninchen gegen cKir3.4 generiert.