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01/14/2013 09:56

Das hält das Herz elastisch: RUB-Forscher finden überaktives Enzym in insuffizienten Herzen

Dr. Josef König Pressestelle
Ruhr-Universität Bochum

    Ein bestimmtes Enzym, die CaM-Kinase II, hält den Herzmuskel elastisch. Indem es Phosphatgruppen an das Riesenprotein Titin heftet, entspannt es die Muskelzellen. Das berichten Forscher um Prof. Dr. Wolfgang Linke vom Institut für Physiologie der Ruhr-Universität in der Zeitschrift Circulation Research. Bei insuffizienten Herzen, die nicht ausreichend Blut durch den Körper pumpen, fanden die Mediziner eine übermäßig aktive CaM-Kinase II. „Die Phosphorylierung von Titin könnte ein neuer Ansatzpunkt für die Therapie der Herzinsuffizienz sein“, spekuliert Prof. Linke.

    Das hält das Herz elastisch
    Enzym CaM-Kinase II entspannt die Muskelzellen
    RUB-Forscher finden überaktives Enzym in insuffizienten Herzen

    Ein bestimmtes Enzym, die CaM-Kinase II, hält den Herzmuskel elastisch. Indem es Phosphatgruppen an das Riesenprotein Titin heftet, entspannt es die Muskelzellen. Das berichten Forscher um Prof. Dr. Wolfgang Linke vom Institut für Physiologie der Ruhr-Universität in der Zeitschrift Circulation Research. Bei insuffizienten Herzen, die nicht ausreichend Blut durch den Körper pumpen, fanden die Mediziner eine übermäßig aktive CaM-Kinase II. „Die Phosphorylierung von Titin könnte ein neuer Ansatzpunkt für die Therapie der Herzinsuffizienz sein“, spekuliert Prof. Linke.

    Titin-Phosphorylierung entscheidet über mechanische Spannung der Muskelzelle

    Titin ist das größte Protein im menschlichen Körper; es verhält sich wie eine Feder, die die Muskelzelle spannt oder erschlaffen lässt. Das Anheften von Phosphatresten an bestimmte Titin-Stellen – man spricht von Phosphorylierung – entspannt die Zelle. Bekannt war bereits, dass die Calcium-/Calmodulin-abhängige Kinase II, kurz CaM-Kinase II, verschiedene Proteine in Herzzellen phosphoryliert. Ob sie auch das Federprotein Titin bearbeitet, haben die Bochumer Wissenschaftler untersucht.

    CaM-Kinase II phosphoryliert das Riesenprotein Titin

    Die Forscher verwendeten für die Studie Herzzellen von „normalen“ Mäusen sowie Mäusen, die keine CaM-Kinase II besitzen, und Mäusen, die mehr CaM-Kinase II als üblich produzieren. In Zellen ohne das Enzym war die Titin-Phosphorylierung um mehr als 50 Prozent im Vergleich zum Normalzustand verringert. In Zellen mit Enzym-Überschuss war Titin hingegen doppelt so stark phosphoryliert wie in normalen Zellen. Die CaM-Kinase II ist also entscheidend für das Anheften von Phosphatgruppen an das Riesenprotein Titin. Linkes Team identifizierte zwei Regionen im elastischen Bereich des Titin-Moleküls, die das Enzym phosphoryliert, nämlich die PEVK- und N2Bus-Region. Diese Stellen enthalten mehrere Aminosäuren vom Typ Serin und Threonin, die sich im Lauf der Evolution wenig verändert haben.

    Arbeit der CaM-Kinase II bestimmt Zell-Steife

    In weiteren Analysen zeigte das Forscherteam auch, dass ein Fehlen oder ein Überschuss von CaM-Kinase II sich auf die Steife der Muskelzellen auswirkte. Zellen ohne das Enzym waren steifer, Zellen mit dem Enzym elastischer. Gaben sie CaM-Kinase II zu Zellen hinzu, die das Enzym nicht selbst produzieren konnten, entspannten sich diese. In insuffizienten menschlichen Herzen fand das Team eine gesteigerte Aktivität der CaM-Kinase II im Vergleich zu gesunden Herzen, und somit eine übermäßige Phosphorylierung in den PEVK- und N2Bus-Titinregionen. „Das scheint die mechanischen Eigenschaften des humanen Herzmuskels zu verändern“, sagt Wolfgang Linke.

    Titelaufnahme

    N. Hamdani, J. Krysiak, M.M. Kreusser, S. Neef, C.G. dos Remedios, L.S. Maier, M. Krüger, J.Backs, W.A. Linke (2012): Crucial role for Ca2+/Calmodulin-dependent Protein Kinase-II in regulating diastolic stress of normal and failing hearts via Titin phosphorylation, Circulation Research, DOI: 10.1161/CIRCRESAHA.111.300105

    Weitere Informationen

    Prof. Dr. Wolfgang Linke, Abteilung für Kardiovaskuläre Physiologie, Institut für Physiologie, Medizinische Fakultät der Ruhr-Universität, 44780 Bochum, Tel. 0234/32-29101, E-Mail: wolfgang.linke@rub.de

    Redaktion: Dr. Julia Weiler


    Criteria of this press release:
    Journalists
    Biology, Medicine
    transregional, national
    Research results, Scientific Publications
    German


    Phosphorylierungsstellen im Titin: Bei der Muskelkontraktion verschieben sich die Aktin- (blau) und Myosinfilamente (grün) der Muskelzellen gegeneinander, so dass sich der Muskel spannt. Damit das funktioniert, muss das Riesenprotein Titin (rot), das mit dem Myosinfilament verbunden ist, elastisch sein. Wie stark eine Herzmuskelzelle sich spannen oder entspannen lässt, hängt maßgeblich von der Phosphorylierung (P) der PEVK- und N2Bus-Region des Titins ab.


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