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Phosphodiesterase 2 (PDE2) als potenzielles Target in der Herzinsuffizienz-Therapie: Bedeutung des PDE2A-Knockout für die intrazelluläre Calcium-Regulation in murinen Kardiomyozyten unter physiologischen und pathophysiologischen Bedingungen
Hintergrund
Die Herzinsuffizienz ist eine häufige Erkrankung, deren Prognose trotz umfassender pharmakologischer Behandlungsmöglichkeiten weiterhin schlecht ist. Daher ist die Entwicklung neuer Therapien notwendig. Dabei könnte die Modulation der Phosphodiesterase 2 (PDE2) einen vielversprechenden Ansatz darstellen. Als dual-spezifische PDE hydrolysiert die PDE2 die zyklischen Nukleotide cAMP und cGMP. Unter den kardialen PDEs hat die PDE2 zudem die einzigartige Eigenschaft, durch ihr Substrat cGMP allosterisch aktiviert zu werden, was zu einer Steigerung der cAMP-Hydrolyse führt. Infolgedessen vermittelt die PDE2 einen negativen Crosstalk zwischen den Signalwegen von cGMP und cAMP und ist wesentlich an der intrazellulären Regulation der second messenger beteiligt.
Bei fortgeschrittener Herzinsuffizienz ist die Expression und Aktivität der PDE2 in Kardiomyozyten deutlich erhöht. Durch Antagonisierung übermäßiger β-adrenerger Stimulation könnte dies im Myokard einen Schutzmechanismus gegenüber chronischem adrenergem Stress darstellen. Übereinstimmend wurde im Mausmodell mit kardialer PDE2A-Überexpression nachgewiesen, dass eine gesteigerte PDE2-Aktivität kardioprotektiv wirkt und unter pathophysiologischen Bedingungen vor Arrhythmien schützt.
Bislang existiert noch kein spezifischer pharmakologischer PDE2-Stimulator. Einen alternativen Ansatz zur Steigerung der PDE2-Aktivität stellt die, durch das C-Typ natriuretische Peptid (CNP) vermittelte, allosterische Aktivierung mit cGMP dar. Für CNP wurden bereits kardioprotektive und antiarrhythmische Wirkungen beschrieben, deren zugrundeliegende Mechanismen allerdings unzureichend verstanden sind.
Für die Pathophysiologie der Herzinsuffizienz sind Störungen des Calcium-Haushaltes in den Kardiomyozyten von zentraler Bedeutung. Die intrazelluläre Calcium-Homöostase wird durch komplexe cAMP- und cGMP-abhängige Signalwege reguliert. Durch ihre Schlüsselfunktion in der Regulation der zyklischen Nukleotide hat die PDE2 daher möglicherweise einen bedeutenden Einfluss auf die intrazelluläre Calcium-Regulation in Kardiomyozyten.
Fragestellung
Das Ziel dieser Arbeit war es, den Einfluss der PDE2 auf die Calcium-Regulation in Kardiomyozyten zu untersuchen, um die klinische Relevanz der PDE2 als Target in der Herzinsuffizienz-Therapie besser beurteilen zu können. Im Mausmodell mit Kardiomyozyten-spezifischem PDE2A-Knockout (PDE2A-KO) sollten dazu Parameter des intrazellulären Calcium-Haushaltes unter physiologischen und pathophysiologischen Bedingungen untersucht werden. Mithilfe des PDE2A-KO-Modells sollte zudem aufgeklärt werden, ob CNP möglicherweise PDE2-abhängig kardioprotektive Effekte vermittelt. Darüber hinaus sollte die Veränderung der Expression und Phosphorylierung zentraler Calcium-regulierender Proteine durch die PDE2A-Deletion bestimmt werden.
Material und Methoden
Die Versuche wurden an isolierten linksventrikulären Kardiomyozyten von Mäusen der Linie PDE2A_flox_αMHC_cre im Alter von 3 Monaten (10 – 14 Wochen) durchgeführt. Die Entwicklung des Kardiomyozyten-spezifischen PDE2A-KO erfolgte mithilfe des Rekombinationssystem cre/loxP unter Verwendung des Kardiomyozyten-spezifischen α-MHC-Promotors. Als Kontrollen dienten Mäuse mit genetischer flox-Markierung (WT) sowie mit alleiniger cre-Expression (cre). Mittels Calcium Imaging wurden Fluoreszenz-basiert wichtige Parameter des intrazellulären Calcium-Stoffwechsels (intrazelluläre Calcium-Transienten, Calcium-Freisetzungsgeschwindigkeit, Calcium-Wiederaufnahmegeschwindigkeit, spontane Calcium-Freisetzung aus dem sarkoplasmatischen Retikulum (SR), SR-Calcium-Speicherkapazität, fraktionelle Calcium-Freisetzung) unter basalen Bedingungen, β-adrenerger Stimulation mit Isoprenalin (ISO, 10 nM) sowie kombinierter ISO- und CNP-Stimulation (ISO, 10 nM + CNP, 1µM) untersucht. Die Expression und Phosphorylierungen der Calcium-regulierenden Proteine wurden in Western Blots bestimmt. Die Versuche wurden sowohl in gesunden Mäusen als auch nach chronischer adrenerger Stimulation mit ISO über osmotische Minipumpen (14 Tage, 30 mg/kg/d) durchgeführt.
Ergebnisse
Es wurde erstmals der intrazelluläre Calcium-Haushalt im Mausmodell mit kardialem PDE2A-KO charakterisiert. Die basale intrazelluläre Calcium-Regulation war in gesunden Mäusen mit PDE2A-KO im Vergleich zu den Kontrollgruppen nicht signifikant verändert. Unter ISO-Stimulation waren hingegen die Calcium-Transienten im PDE2A-KO aufgrund gesteigerter systolischer Calcium-Spiegel wesentlich höher. Darüber hinaus waren unter β-adrenerger Stimulation die Freisetzungsgeschwindigkeit sowie Wiederaufnahmegeschwindigkeit des Calciums im PDE2A-KO beschleunigt (positiv lusitroper Effekt). Im PDE2A-KO traten unter akutem β-adrenergem Stress deutlich mehr arrhythmogene spontane Calcium-Wellen als Marker für eine gesteigerte spontane Calcium-Freisetzung aus dem SR auf.
Die Stimulation mit CNP hatte unter gleichzeitiger β-adrenerger Stimulation im WT interessanterweise keine signifikanten Effekte auf die intrazelluläre Calcium-Regulation. Im Rahmen dieser Arbeit konnten daher keine kardioprotektiven Effekte von CNP im Calcium Imaging nachgewiesen werden, während weitere Versuche unserer Arbeitsgruppe eine antiarrhythmische Wirkung des CNP zeigten (Cachorro et al., 2023). Im PDE2A-KO wurden die Calcium-Transienten (Feldstimulation mit 1 Hz) sowie die Calcium-Speicherkapazität des SR unter gleichzeitiger ISO- und CNP-Stimulation im Vergleich zur alleinigen ISO-Stimulation weiter gesteigert. Darüber hinaus ließen sich keine signifikanten Auswirkungen der CNP-Inkubation auf den intrazellulären Calcium-Haushalt in Kardiomyozyten mit PDE2A-KO bestimmen.
Unter pathophysiologischen Bedingungen war die basale Calcium-Regulation im Modell der ISO-induzierten Hypertrophie durch die PDE2A-Deletion nicht signifikant verändert. Unter adrenerger Stimulation zeigte sich sowohl im PDE2A-KO als auch im WT eine ausgeprägte β-Rezeptor-Desensibilisierung mit einem reduzierten Ansprechen auf ISO. Jedoch unterschieden sich die Parameter des intrazellulären Calcium-Haushaltes auch unter ISO-Stimulation nicht signifikant zwischen PDE2A-KO und WT.
Auf molekularer Ebene führte die PDE2A-Deletion sowohl unter physiologischen Bedingungen als auch nach chronischer ISO-Stimulation zu einer Hyperphosphorylierung von Phospholamban (PLB) an der CaMKII-abhängigen Phosphorylierungsstelle PLB pThr17, während die Expression und Phosphorylierung weiterer Calcium-regulierender Proteine unverändert blieben.
Schlussfolgerung
Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit zeigen im PDE2A-KO eine gesteigerte Sensibilität des intrazellulären Calcium-Haushaltes gegenüber β-adrenergem Stress, die mit positiv inotropen und positiv lusitropen Effekten sowie einer Zunahme arrhythmogener Ereignisse assoziiert war. Die PDE2 ist daher maßgeblich an der sympathisch vermittelten Regulation des Calcium-Stoffwechsels in Kardiomyozyten beteiligt. Dadurch stellt die Modulation der PDE2 einen interessanten Ansatz dar, um bei Herzinsuffizienz den intrazellulären Calcium-Haushalt zu stabilisieren und Arrhythmien vorzubeugen. Diese Ergebnisse fügen sich in den aktuellen Stand der Forschung ein und können für die Entwicklung neuartiger Therapiestrategien zur Behandlung der Herzinsuffizienz genutzt werden.:Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung 1
1.1 Physiologie der Herzfunktion 2
1.1.1 Elektromechanische Kopplung in Kardiomyozyten 2
1.1.2 Modulation der Herzaktion 4
1.1.2.1 β-adrenerge Signalkaskade 5
1.1.2.2 cAMP/PKA-Signalweg 5
1.1.2.3 Calcium/Calmodulin-abhängige Kinase II (CaMKII) 8
1.1.2.4 Exchange Proteins Activated by cAMP (EPAC) 9
1.1.2.5 cGMP/PKG-Signalweg 10
1.1.2.6 Natriuretische Peptide 10
1.2 Herzinsuffizienz 11
1.2.1 Epidemiologie 12
1.2.2 Ätiologie und Klinik 12
1.2.3 Pathophysiologie der chronischen Herzinsuffizienz 13
1.2.3.1 Neurohumorale Aktivierung 14
1.2.3.2 Pathologische Veränderungen der intrazellulären Calcium-Homöostase 15
1.2.4 Pharmakologische Therapie und Prognose 16
1.3 Bedeutung kardialer Phosphodiesterasen 17
1.3.1 PDE2 als potenzielles pharmakologisches Target 19
1.3.2 cGMP-abhängige Aktivierung der PDE2 durch CNP 20
1.4 Mausmodell mit Kardiomyozyten-spezifischem PDE2A-Knockout 21
1.5 Zielsetzung 22
2 Methoden und Material 24
2.1 Tiere 24
2.2 Isolation von Kardiomyozyten aus Mäuseherzen 24
2.3 Calcium Imaging 26
2.3.1 Theoretische Grundlagen 26
2.3.2 Probenvorbereitung 27
2.3.3 Messung intrazellulärer Calcium-Signale 27
2.3.4 Auswertung 29
2.4 Proteinanalyse 29
2.4.1 Lyse der Kardiomyozyten und Proteinisolation 29
2.4.2 Proteinkonzentrationsbestimmung nach Bradford 30
2.4.3 SDS-Page 30
2.4.4 Western Blot 31
2.5 Chronische Stimulation mit ISO mittels osmotischer Minipumpen 33
2.6 Experimentelles Design 33
2.7 Statistische Auswertung 35
2.8 Verwendete Materialien 35
2.8.1 Medien, Puffer, Lösungen 35
2.8.2 Antikörper 38
2.8.3 Enzyme 39
2.8.4 Chemikalien 39
2.8.5 Kits und Marker 41
2.8.6 Geräte und Hilfsmittel 41
2.8.7 Software 43
3 Ergebnisse 44
3.1 Einfluss des PDE2A-KO auf den Calcium-Haushalt in Kardiomyozyten unter physiologischen Bedingungen 44
3.1.1 Intrazellulärer Calcium-Transient 44
3.1.2 Spontane Calcium-Freisetzung aus dem sarkoplasmatischen Retikulum 46
3.1.3 Calcium-Speicherkapazität des SR und fraktionelle Calcium-Freisetzung 49
3.1.4 Calcium-Haushalt unter Stimulation mit CNP und ISO 50
3.1.5 Expression von Calcium-regulierenden Proteinen 54
3.2 Einfluss des PDE2A-KO auf den Calcium-Haushalt in Kardiomyozyten im Hypertrophie-Modell 59
3.2.1 Intrazellulärer Calcium-Transient 59
3.2.2 Spontane Calcium-Freisetzung aus dem sarkoplasmatischen Retikulum 61
3.2.3 Calcium-Speicherkapazität des SR und fraktionelle Calcium-Freisetzung 62
3.2.4 Expression von Calcium-regulierenden Proteinen 63
4 Diskussion 65
4.1 Bedeutung des PDE2A-KO für die Calcium-Regulation in Kardiomyozyten 66
4.1.1 Der PDE2A-KO beeinflusst die basale intrazelluläre Calcium-Regulation nicht 66
4.1.2 Unter β-adrenerger Stimulation sind die Amplituden der Calcium-Transienten im PDE2A-KO gesteigert 67
4.1.3 Unter β-adrenerger Stimulation ist die spontane arrhythmogene Calcium-Freisetzung im PDE2A-KO gesteigert 69
4.2 CNP hat unter β-adrenerger Stimulation keinen Einfluss auf die intrazelluläre Calcium-Regulation 70
4.3 Die PDE2A-Deletion vermittelt eine Hyperphosphorylierung von Phospholamban 73
4.4 Bedeutung des PDE2A-KO für die Calcium-Regulation nach chronischer β-adrenerger Stimulation 77
4.5 Limitationen 80
4.5.1 PDE2A-KO-Mausmodell 80
4.5.2 Hypertrophie-Modell 81
4.5.3 Methodische Betrachtungen 82
4.6 Klinische Relevanz der PDE2 in der Therapie der Herzinsuffizienz 83
4.7 Ausblick 85
5 Zusammenfassung 87
6 Abstract 90
7 Danksagung 93
8 Literaturverzeichnis 94
9 Anhang 106
9.1 Abbildungsverzeichnis 106
9.2 Tabellenverzeichnis 107
9.3 Abkürzungsverzeichnis 108
9.4 Anlage 1: Erklärungen zur Eröffnung des Promotionsverfahrens 112
9.5 Anlage 2: Bestätigung über die Einhaltung der aktuellen gesetzlichen Vorgaben 11
Going Beyond Counting First Authors in Author Co-citation Analysis
The present study examines one of the fundamental aspects of author co-citation analysis (ACA) - the way co-citation
counts are defined. Co-citation counting provides the data on which all subsequent statistical analyses and mappings
are based, and we compare ACA results based on two different types of co-citation counting - the traditional type that
only counts the first one among a cited work's authors on the one hand and a non-traditional type that takes into
account the first 5 authors of a cited work on the other hand. Results indicate that the picture produced through this non-traditional author co-citation counting contains more coherent author groups and is therefore considerably clearer. However, this picture represents fewer specialties in the research field being studied than that produced through the traditional first-author co-citation counting when the same number of top-ranked authors is selected and analyzed. Reasons for these effects are discussed
Variations on the Author
“Variations on the Author” discusses two of Eduardo Coutinho’s recent films (Um Dia na Vida, from 2010, and Últimas Conversas, posthumously released in 2015) and their contribution to the general question of documentary authorship. The director’s filmography is characterized by a consistent yet self-effacing form of authorial self-inscription: Coutinho often features as an interviewer that rather than express opinions propels discourses; an interviewer that is good at listening. This mode of self-inscription characterizes him as an author who is not expressive but who is nonetheless markedly present on the screen. In Um Dia na Vida, however, Coutinho is completely absent form the image, while Últimas Conversas, on the contrary, includes a confessional prologue that moves the director from the margins to the center of his films. This article examines the ways in which these works stand out in the filmography of a director who offers new insights into the notion of cinematic authorship
Appropriate Similarity Measures for Author Cocitation Analysis
We provide a number of new insights into the methodological discussion about author cocitation analysis. We first argue that the use of the Pearson correlation for measuring the similarity between authors’ cocitation profiles is not very satisfactory. We then discuss what kind of similarity measures may be used as an alternative to the Pearson correlation. We consider three similarity measures in particular. One is the well-known cosine. The other two similarity measures have not been used before in the bibliometric literature. Finally, we show by means of an example that our findings have a high practical relevance.information science;Pearson correlation;cosine;similarity measure;author cocitation analysis
Dispelling the Myths Behind First-author Citation Counts
We conducted a full-scale evaluative citation analysis study of scholars in the XML research field to explore just how different from each other author rankings resulting from different citation counting methods actually are, and to demonstrate the capability of emerging data and tools on the Web in supporting more realistic citation counting methods. Our results contest some common arguments for the continued
use of first-author citation counts in the evaluation of scholars, such as high correlations between author rankings by first-author citation counts and other citation
counting methods, and high costs of using more realistic citation counting methods that are not well-supported by the ISI databases. It is argued that increasingly available digital full text research papers make it possible for citation analysis studies to go beyond what the ISI databases have directly supported and to employ more
sophisticated methods
koamabayili/VECTRON-author-checklist: VECTRON author checklist
We have done our best to complete the author checklist relating to the use of animals in the hut study. Note that the objective for the hut study was to evaluate the IRS treatment applications for residual efficacy against Anopheles mosquitoes, including the local An. coluzzii mosquito population. Cows were only used to attract mosquitoes into the huts and no tests were carried out directly on the cows. The author checklist is intended for use with studies where experiments are carried out on animals, which is why we have had such difficulty in completing this for the hut study, as many of the questions do not relate to how the cows were used
Author-wise bibliometric analysis based on entropy.
Author-wise bibliometric analysis based on entropy.</p
Author Under Sail The Imagination of Jack London, 1893-1902
In Author Under Sail, Jay Williams offers the first complete literary biography of Jack London as a professional writer engaged in the labor of writing. It examines the authorial imagination in London's work, the use of imagination in both his fiction and nonfiction, and the ways he defined imagination in the creative process in his business dealings with his publishers, editors, and agents. In this first volume of a two-volume biography, Williams traverses the years 1893 to 1902, from London's "Story of a Typhoon" to The People of the Abyss. The Jack London who emerges in the pages of Author Under Sail is a writer whose partnership with publishers, most notably his productive alliance with George Brett of Macmillan, was one of the most formative in American literary history. London pioneered many author models during the heyday of realism and naturalism, blurring the boundaries of these popular genres by focusing on absorption and theatricality and the representation of the seen and unseen. London created an impassioned, sincere, and extremely personal realism unlike that of other American writers of the time. Author Under Sail is a literary tour de force that reveals the full range of London as writer, creative citizen, and entrepreneur at the same time it sheds light on the maverick side of machine-age literature.Intro -- Title Page -- Copyright Page -- Dedication -- Contents -- Acknowledgments -- Introduction -- 1. Spirit Truth -- 2. From Absorption to Theatricality and Back Again -- 3. "I Will Build a New Present" -- 4. Sons as Authors -- 5. Fathers as Publishers -- 6. The Daughter as Author -- 7. Lovers as Authors -- 8. At Sea with the Family -- 9. Yellow News, Yellow Stories -- 10. The Return Home -- Notes -- Bibliography -- Index -- About Jay WilliamsIn Author Under Sail, Jay Williams offers the first complete literary biography of Jack London as a professional writer engaged in the labor of writing. It examines the authorial imagination in London's work, the use of imagination in both his fiction and nonfiction, and the ways he defined imagination in the creative process in his business dealings with his publishers, editors, and agents. In this first volume of a two-volume biography, Williams traverses the years 1893 to 1902, from London's "Story of a Typhoon" to The People of the Abyss. The Jack London who emerges in the pages of Author Under Sail is a writer whose partnership with publishers, most notably his productive alliance with George Brett of Macmillan, was one of the most formative in American literary history. London pioneered many author models during the heyday of realism and naturalism, blurring the boundaries of these popular genres by focusing on absorption and theatricality and the representation of the seen and unseen. London created an impassioned, sincere, and extremely personal realism unlike that of other American writers of the time. Author Under Sail is a literary tour de force that reveals the full range of London as writer, creative citizen, and entrepreneur at the same time it sheds light on the maverick side of machine-age literature.Description based on publisher supplied metadata and other sources.Electronic reproduction. Ann Arbor, Michigan : ProQuest Ebook Central, YYYY. Available via World Wide Web. Access may be limited to ProQuest Ebook Central affiliated libraries
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