Auswirkungen der standortspezifischen Phosphorylierung der Proteinkinase A-Stellen Ser23 und Ser24 des kardialen Troponins I in humanen Kardiomyozyten

Die PKA-vermittelte Phosphorylierung von kontraktilen Proteinen bei β-adrenerger Stimulation spielt eine wichtige Rolle bei der Regulation der herzlichen Leistung. Die Phosphorylierung der PKA-Stellen (Ser(23)/Ser(24)) des kardialen Troponins (cTn)I führt zu einer Verringerung der Myofilament Ca(2+) Empfindlichkeit und zu einer Erhöhung der Relaxationsrate. Die Beziehung zwischen dem Phosphorylierungsgrad der Stellen und den funktionalen Effekten im menschlichen Myokard ist jedoch unbekannt. Daher wurde eine standortspezifische Mutagenese verwendet, um die Auswirkungen der Phosphorylierung an Ser(23) und Ser(24) von cTnI auf die Myofilamentfunktion im menschlichen Herzgewebe zu untersuchen. Serine wurden durch Asparaginsäure (D) oder Alanin (A) ersetzt, um Phosphorylierung und Dephosphorylierung zu simulieren. cTnI-DD simuliert beide Stellen phosphoryliert, cTnI-AD simuliert Ser(23) dephosphoryliert und Ser(24) phosphoryliert, cTnI-DA simuliert Ser(23) phosphoryliert und Ser(24) dephosphoryliert, und cTnI-AA simuliert beide Stellen dephosphoryliert. Die Kraftentwicklung wurde bei verschiedenen Ca(2+) Konzentrationen in permeabilisierten Kardiomyozyten gemessen, bei denen der endogene Troponin-Komplex mit diesen rekombinanten humanen Troponin-Komplexen ausgetauscht wurde. In Spender-Kardiomyozyten war die Myofilament Ca(2+) Empfindlichkeit (pCa(50)) signifikant niedriger in cTnI-DD (pCa(50): 5.39 ± 0.01) im Vergleich zu cTnI-AA (pCa(50): 5.50 ± 0.01), cTnI-AD (pCa(50): 5.48 ± 0.01) und cTnI-DA (pCa(50): 5.51 ± 0.01) bei ~70% cTn Austausch. Es wurden keine Effekte auf die Spannungserholung festgestellt. In Kardiomyozyten aus idiopathischem dilatiertem Kardiomyopathie-Gewebe wurde ein linearer Rückgang von pCa(50) mit cTnI-DD Gehalt beobachtet, der bei etwa 55% Bisphosphorylierung sättigte. Unsere Daten deuten darauf hin, dass in dem menschlichen Myokard die Phosphorylierung beider PKA-Stellen auf cTnI erforderlich ist, um die Myofilament Ca(2+) Empfindlichkeit zu verringern, die bei etwa 55% bisphosphoryliertem cTnI maximal ist. Die Auswirkungen auf die kardiale Funktion in vivo bei Gesundheit und Krankheit sind in der DISKUSSION dieses Artikels detailliert erläutert.