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Die Rolle des Integrin-linked Kinase Signalweges im Herzmuskel : Genetische und pharmakologische Analysen im Zebrafischmodell

Köhler, Doreen

English Title: The role of integrin-linked kinase signaling pathway in cardiac muscle : Genetic and pharmacological analysis in the zebrafish model

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PDF, German
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Abstract

In einem forward genetics screen konnte kürzlich eine Integrin-linked Kinase (ILK)-defiziente Zebrafischmutante, main squeeze (msq), isoliert werden. Main squeeze mutante Embryonen zeichnen sich durch den progredienten Verlust der Kardiomyozy-tenkontraktilität aus. Es konnte gezeigt werden, dass die msq-Mutation zu einer verminderten ILK-Kinaseaktivität sowie zum Verlust der beta-Parvin-Bindefähigkeit führt, was in einer signifikant reduzierten Protein Kinase B (PKB) Aktivität resultiert. In Patienten konnten mittlerweile Mutationen in der ILK identifiziert werden, die zu genetisch bedingter Herzschwäche (DCM, dilatative Kardiomyopathie) führen. Ziel dieser Arbeit war die Etablierung von in vivo Modellen zur Entschlüsselung der molekularen Funktionen der ILK in Herzmuskelzellen. Durch diese genetischen Ansätze kann geklärt werden, ob die Kinasedomäne der ILK oder die Bindungsfähigkeit zu beta-Parvin für die Funktion der ILK in der Aufrechterhaltung der kardialen Kontraktilität von Bedeutung sind. Dazu wurden definierte ILK-Varianten (Kinase-defizient, konstitutiv-aktiv, Wildtyp) in vivo im Zebrafisch evaluiert. Des Weiteren sollte durch die pharmakologische Manipulation des ILK/PKB Signalweges mit small compounds geklärt werden, ob Substanzen, die die PKB-Phosphorylierung beeinflussen, einen rescue des Herzinsuffizienzphänotyps bewirken können. In der vorliegenden Arbeit konnten verschiedene Genexpressionssysteme zur Generie-rung transgener Zebrafische mit herzspezifischer ILK-Überexpression entwickelt und deren Funktion überprüft werden. Weiterhin wurden erstmals stabile, induzierbare transgene Zebrafischlinien mit kardialer Überexpression von ILK-Varianten (Kinase-defizient, konstitutiv-aktiv, Wildtyp) etabliert. Durch Anwendung der pharmakologi-schen Substanzen Cyclosporin A, Okadasäure und Calyculin A konnte gezeigt werden, dass die Phosphorylierung der PKB im Herzen erhöht und die Kontraktionskraft in msq rekonstituiert werden kann. Die in dieser Arbeit entwickelten Ansätze ermöglichen in Zukunft ein besseres Ver-ständnis der ILK-Funktion im Myokard. Auch die therapeutische Beeinflussung von Komponenten des ILK/PKB-Signalweges kann richtungsweisende Therapieansätze für Patienten mit Herzerkrankungen aufzeigen.

Translation of abstract (English)

In a forward genetics screen an Integrin-linked Kinase (ILK)-deficient zebrafish mutant, main squeeze (msq), was recently isolated. Main squeeze mutant embryos are characterized by progressive loss of cardiac contractility. It was shown that msq mutation causes a decreased kinase activity as well as lost ability to bind beta-Parvin resulting in a significantly reduced activity of protein kinase B (PKB). Mutations in human ILK were already identified, which lead to genetically induced heart failure (DCM, dilated cardiomyopathy). The aim of this work was to establish in vivo models to decipher the molecular function of ILK in cardiac muscle cells. The genetic approaches should clarify whether the kinase domain of ILK or the binding capacity to beta-Parvin is important for ILK function in maintenance of cardiac contractility. In particular, defined ILK variants (kinase-deficient, constitutive-active) were examined in vivo in zebrafish. Furthermore, pharmacological manipulations of the ILK/PKB signaling pathway with small compounds were performed to find out whether substances, which affect phosphorylation of PKB, can rescue the heart failure phenotype. In this work several gene expression systems for the generation of transgenic zebrafish with cardiac-specific ILK overexpression have been developed and their functionality has been tested. Furthermore, first stable, inducible transgenic zebrafish lines with cardiac overexpression of ILK variants have been established. By application of the pharmacological substances Cyclosporine A, Ocadaic acid and Calyculin A phosphorylation of PKB in the heart and contractile force in msq are reconstituted. In future, these developed genetic approaches allow a better understanding of ILK function in the myocardium. Even the therapeutic influence on components of the ILK/PKB signaling pathway may reveal trendsetting therapy approaches for patients with heart disease.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Wieland, Prof. Dr. Thomas
Date of thesis defense: 21. December 2011
Date Deposited: 12. Jan 2012 09:40
Date: 2011
Faculties / Institutes: Medizinische Fakultät Mannheim > Medizinische Klinik - Lehrstuhl für Innere Medizin III
Subjects: 570 Life sciences
Controlled Keywords: Zebrabärbling, Herzmuskelkrankheit, Signaling, In vivo
Uncontrolled Keywords: Integrin-linked Kinase (ILK) , Tol2 , TetON , TetOFF , small moleculeszebrafish , transgenesis , heart muscle disease , signaling
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