Münster

Neu entdeckter Mechanismus reguliert Herz-Dehnbarkeit

Forscherteam untersucht, wie oxidativer Stress die Elastizität des Herzmuskels beeinflusst / Studie in “PNAS”

Ein gesundes Herz schlägt im Durchschnitt 50 bis 100 Mal pro Minute und pumpt rund 8.000 Liter Blut pro Tag durch den menschlichen Körper. Voraussetzung ist die Elastizität der Herzwände, die sich beim Einstrom von Blut ausdehnen (Diastole) und beim anschließenden Ausfließen des Bluts wieder zusammenziehen (Systole). Für diese Bewegung sind Millionen kleiner Hohlräume in den Herzmuskelfasern verantwortlich – die Sarkomere. In ihnen befindet sich das größte Protein des menschlichen Körpers, das Titin. Es hat hier die Funktion einer mechanischen Feder, die bei der Dehnung der Muskelfächer eine Rückstellkraft entwickelt – ähnlich einem Gummiband.

Ein Forscherteam um Prof. Dr. Wolfgang Linke, Direktor des Instituts für Physiologie ll der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster (WWU), fand nun gemeinsam mit Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern der Universitäten Bochum, Würzburg, Köln, Regensburg, Göttingen und Düsseldorf heraus: Oxidativer Stress löst zusammen mit der Dehnung der Herzwände eine Veränderung der Herzmuskelsteifigkeit aus; das elastische Titin der Herzmuskelzellen wird verstärkt oxidiert und dadurch in seiner Dehnbarkeit moduliert. Diesen neu entdeckten Mechanismus bezeichnen die Forscher als UnDOx („Unfolded Domain Oxidation“). Die Studienergebnisse sind in dem Fachmagazin „PNAS“ veröffentlicht.

Hintergrund und Methode

Im menschlichen Organismus stellt Titin das Rückgrat des Sarkomers dar, der kleinsten funktionellen Einheit des Muskels. Dort sorgt es aufgrund seiner besonderen Struktur sowohl für Stabilität als auch für Elastizität. Viele Herzerkrankungen, unter anderem die sogenannte diastolische Herzinsuffizienz und die dilatative Kardiomyopathie, gehen auf Defekte im Titin zurück. Das Forscherteam zeigte nun zum ersten Mal im Herzgewebe, das aus Mäusen entnommen wurde, dass oxidativer Stress und die Herzdehnung die Titin-Federfunktion verändern. Von oxidativem Stress spricht man, wenn zu viele reaktive Sauerstoffverbindungen in den Zellen eines Organismus vorhanden sind. Diese Sauerstoffverbindungen, zu denen sogenannte freie Radikale zählen, können Zellschäden verursachen. In geringerer Menge regulieren die Sauerstoffverbindungen jedoch wichtige physiologische Funktionen.

Den Oxidierungsstatus der Herzproteine ermittelten die Wissenschaftler mit Hilfe eines Massenspektrometers. Zusätzlich isolierten sie Herzmuskelzellen vom tiefgefrorenen Gewebe eines menschlichen Herzens, befestigten an den Zellen einen Kraftsensor und einen Mikromotor, um die Präparate anschließend schrittweise zu dehnen. Dadurch konnten sie die entstehenden Kräfte messen und deren Absinken oder Ansteigen bei unterschiedlichen Formen von oxidativem Stress beobachteten. Darüber hinaus stellte das Team rekombinante Titinmoleküle her und ließ sie im Reagenzglas mutieren – dadurch konnte die Oxidierung nicht mehr stattfinden. „Die Auswirkungen von Dehnung und Oxidierung auf die Titinfeder haben wir dann mit einem sogenannten Rasterkraftmikroskop gemessen. Mit diesem Gerät konnten wir einzelne Titinmoleküle wie ein Gummiband aufspannen und die dabei entstehende Kraft, beziehungsweise deren Veränderung bei Oxidierung aufnehmen“, erklärt Wolfgang Linke.

Die Wissenschaftler zeigten in ihren Versuchen, dass der UnDOx-Mechanismus bei Herzen unter oxidativem Stress auftritt. Das ist zum Beispiel der Fall nach einem akuten Herzinfarkt oder bei chronischen Herzerkrankungen, die mit veränderter Dehnbarkeit der Herzwände einhergehen. „Der Mechanismus reguliert also die Herz-Dehnbarkeit. Eine Versteifung ist für das Herz ungünstig, weil dann weniger Blut einströmt. Bei der diastolischen Herzinsuffizienz, einer häufigen Erkrankung bei älteren Menschen, ist die Herzversteifung ein Kardinalproblem. Wir hoffen, diese Herzen durch pharmakologische Regulation der Titinoxidation – also durch Medikamente – wieder dehnbarer zu machen“, fasst Wolfgang Linke zusammen.

Die Arbeit wurde durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert.

Originalpublikation

Christine M. Loescher, Martin Breitkreuz, Yong Li, Alexander Nickel, Andreas Unger, Alexander Dietl, Andreas Schmidt, Belal A. Mohamed, Sebastian Kötter, Joachim P. Schmitt, Marcus Krüger, Martina Krüger, Karl Toischer, Christoph Maack, Lars I. Leichert, Nazha Hamdani, Wolfgang A. Linke (2020): “Regulation of titin-based cardiac stiffness by unfolded domain oxidation (UnDOx)”. Proc Natl Acad Sci USA. Doi: 10.1073/pnas.2004900117

More from Münster

Magenta-Glasfaser mit der Stadtwerke direkt bis zum Endkunden

Den Letter of Intend also zu Deutsch die Absichtserklärung haben heute in Münster schwergewichtige Wirtschaftsentscheider unterzeichnet. Zum einen war an dieser gewichtigen Entscheidung neben Markus Lewe, dem Oberbürgermeister der Stadt Münster sowie den Geschäftsführern der Stadtwerke Münster und dem Telekom … weiterlesen

Neues Ausbildungsjahr: Gewerkschaft NGG fürchtet um „Generation Corona“Neues Ausbildungsjahr: Gewerkschaft NGG fürchtet um „Generation Corona“

Wenn Corona die Karrierepläne durchkreuzt: Vor dem Start des neuen Ausbildungsjahres hat die Gewerkschaft Nahrung-Genuss-Gaststätten (NGG) vor gravierenden Folgen der Pandemie für Berufsanfänger in Münster gewarnt. Bereits im ablaufenden Lehrjahr hätten viele Firmen die betriebliche Ausbildung deutlich zurückgefahren oder ganz … weiterlesen

Frittenwerk eröffnet in Münster

Packt die Pommesgabeln aus, kanadische Fritten gibt’s jetzt auch in Münster! Ende September eröffnet das Frittenwerk in der Salzstraße und versorgt das Münsterland mit Poutines und außergewöhnlichen Frittenkreationen. Für den Düsseldorfer Familienbetrieb ist es bereits das 17. Restaurant deutschlandweit. Vor … weiterlesen

Grüner Busverkehr in blauen Bussen

Getreu dem Motto, es ist niemals zu spät für eine glückliche Kindheit, gab es bei der gestrigen Jungfernfahrt mit dem 18 m Gefährt  VDL Citea Electric SLFA-18, welches aus Eindhoven kommt. Stellvertretend für die neue Flotte, wurde gestern der erste … weiterlesen

SPD verliert die Bodenhaftung

Zuerst propagiert die SPD den Bau von 6000 Wohnungen auf Kleingartenflächen, dann verschandelt sie mit ihrem Plakatwahlkampf ausgerechnet als erstes die Promenade und nun gaukelt sie den WählerInnen vor, mit dem Bau des Albachtener Feuerwehrhauses bereits in 2021 beginnen zu … weiterlesen

Abgetrennter Daumen erfolgreich replantiert

Nur „eben schnell“ den Bohrer einspannen, ein kurzer Probelauf, bevor der Kollege übernimmt – und dann war der linke Daumen von Thomas Peters nicht mehr da, wo er sein sollte: Er war komplett abgetrennt, nachdem sich sein Handschuh verfangen hatte … weiterlesen