Das hält das Herz elastisch: 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