VDAC - Ein neuer Akteur in der kardialen Kalziumregulation

Um konstante, rhythmische Kontraktionen des Herzmuskels aufrecht zu erhalten, ist eine präzise Regulation von Kalzium in den Herzmuskelzellen absolut entscheidend. Obwohl die fundamentalen Kalziumströme, die Rhythmik und Kontraktion von Herzmuskelzellen zugrunde liegen, gut erforscht sind, sind viele Prozesse der Feinregulation noch unbekannt. Zebrafischen der mutierten Linie tremblor fehlt der kardiale Natrium-Kalzium Austauscher NCX, der dafür verantwortlich ist Kalzium, dass bei jeder Kontraktion in die Herzmuskelzelle fließt, wieder nach außen abzugeben. Durch das Fehlen von NCX kommt es zu einer Störung im zellulären Kalziumhaushalt, was schließlich zu Herzflimmern in tremblor führt. In einem "small molecule screen" wurde eine Substanz (OK-F7) entdeckt, die in tremblor hochwirksam rhythmische Herzkontraktionen wiederherstellt. Anschließend identifizierte ein "pulldown assay" den mitochondrialen Ionenkanal VDAC2 als molekularen Interaktionspartner für OK-F7. Nach gezieltem Knock-down von VDAC2 in tremblor zeigte die Behandlung mit OK-F7 keinen Effekt mehr, während Überexpression von VDAC2 in tremblor, ähnlich wie OK-F7, zu rhythmischen Kontraktionen führte. In kultivierten Fibroblasten wurde nach einer Behandlung mit OK-F7 ein Anstieg des mitochondrialen Kalziumlevels gemessen. Es ist demnach denkbar, dass das Fehlen von NCX in tremblor einen Anstieg des zellulären Kalziumlevels bewirkt, was in weiterer Folge zu zu einem Kalziumanstieg im sarkoplasmischen Retikulum und einer Übersensibilisierung des Ryanodinrezeptors führt. Die Kombination dieser beiden Effekte führt zu einer höheren Wahrscheinlichkeit von spontanen zellulären Kalzium-Ausschüttungen, induziert durch das spontane Öffnen des Ryanodinrezeptors, was das beobachtete Herzflimmern erklärt. Wir vermuten, dass eine Aktivierung von VDAC2, durch Behandlung mit OK-F7 oder Überexpression einen Puffereffekt der Mitochondrien verstärkt, die das überschüssige Kalzium aufnehmen und somit spontane Kontraktionen von Herzzellen verhindern. In diesem Projekt werden zwei Ansätze vorgestellt um die oben beschriebene Hypothese zu testen und auf zellulärer Ebene die Funktion von VDAC und OK-F7 zu erforschen. Zunächst, soll in isolierten Herzzellen getestet werden ob die Behandlung mit OK-F7 eine vermehrte Aufnahme von Kalzium in die Mitochondrien bewirken kann. An isolierten Herzzellen soll weiters getestet werden, ob spontan auftretende Kalziumwellen durch Behandlung mit OK-F7 reduziert werden können. Anschließend, sollen in einem molekularen Ansatz regulatorische Elemente in VDAC2 identifiziert werden die der Aktivität von VDAC in der Regulation von zellulärem Kalzium zu Grunde liegen. Die Ergebnisse aus diesem Projekt sind entscheidend für unser Verständnis der Rolle von VDAC in der Kalzium- Regulation im Herzmuskel. Ein wichtiger erster Schritt, um VDAC als Angriffspunkt für Medikamente zur Behandlung von Herzrhythmusstörungen zu etablieren.