Catherine Dohet
Dr.med.
Rekonstitution gehäuteter Herzmuskelfasern mit rekombinantem kardialem humanem
Troponin I und Troponin C - Zur Bedeutung der Phosphorylierung des Troponin I
mittels cAMP-abhängiger Proteinkinase A
Geboren am 19.01.1971 in Bergisch Gladbach
Reifeprüfung am 19.5.1990 in Weinheim an der Bergstraße
Studiengang der Medizin vom WS1990 bis WS1997
Physikum am 08.09.1992 an der Universität Heidelberg
Klinisches Studium in Heidelberg/Montpellier
Praktisches Jahr in Brüssel/San Diego/Heidelberg
Staatsexamen am 24.11.1997 an der Universität Heidelberg
Promotionsfach: Physiologie
Doktorvater: Prof. Dr. med. J.C. Rüegg
Nach Extraktion von Troponin I aus gehäuteten demembranisierten Herzmuskelfasern
(sogenannten skinned-fibres) wird dieses durch humanes rekombinantes Troponin I ersetzt,
das durch Punktmutationen verändert wurde. Die Rekonstitution mit Wildtyp Proteinen stellt
die Ca2+-Sensitivität des Gewebes wieder her. Die Einführung negativer Ladungen mittels
Mutation der Serinreste an der Position 22 und 23 des humanen Troponin I zu Aspartat führt
zu einer Abnahme der Ca2+-Sensitivität der kontraktilen Strukturen. Dies äußert sich in einer
charakteristischen Veränderung der Beziehung zwischen Ca2+-Konzentration und Kraft in
gehäuteten Fasern mit ATP als einziger Energiequelle. Es werden fast doppelt so hohe Ca2+-
Konzentrationen benötigt, um die Fasern halbmaximal zu aktivieren. Dieser Effekt tritt jedoch
nur auf, wenn beide Serinreste im kardiospezifischen N-Terminus von Troponin I durch
Aspartat ersetzt werden. Durch Einführung negativer Ladungen mittels Mutation der
Serinreste in Aspartat kann die Phosphorylierung des Troponin I an dieser Stelle imitiert
werden, denn Phosphorylierung der entsprechenden Serinreste durch Proteinkinase A senkt
bekanntermaßen die Ca2+-Sensitivität der kontraktilen Proteine. Die Mutation nur eines
Serinrestes in Aspartat oder beider Serinreste in Alanin zeigt keinen Effekt. Diese Ergebnisse
bestätigen die Bedeutung zweier negativer Ladungen und somit der Phosphorylierung beider
Serinreste in dieser Domäne des Troponin I-Moleküls für die Veränderung der Ca2+-
Sensitivität im dünnen Filament. Im Wesentlichen scheint die Ca2+-Sensitivitätsänderung
sowohl durch Phosphorylierung als auch durch Mutation in negativ geladene Aspartatreste
durch einen elektrostatischen Effekt bedingt zu sein. Diese Ladungsänderung könnte weiterhin
die Konformation der kardiospezifischen N-terminalen Extension des Troponin I verändern
und somit zu einer Abschwächung Interaktion von Troponin I und Troponin C führen.
Gleichzeitig kann gezeigt werden, daß diese Ca2+-Sensitivitätsänderung unabhängig von der
Phosphorylierung des C-Proteins auftritt. Dies unterstreicht die Bedeutsamkeit der Troponin I
Phosphorylierung im Rahmen der β-adrenergen Stimulation. Sie soll zu einer beschleunigten
Relaxation beitragen. Verantwortlich hierfür sind sowohl die Erhöhung der Ca2+-Off-Rate als
auch die Erniedrigung der Ca2+-Sensitivität, da für die Relaxation so die Ca2+-Konzentration
geringfügiger gesenkt werden muß.
