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Stickel, Melanie (2005): Glukosetransporter und Hexokinase II Expression im normalen und chronisch-ischämischen Schweinemyokard. Dissertation, LMU München: Faculty of Veterinary Medicine
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Abstract

In ischämisch geschädigten Regionen des Herzens, konnte mit Hilfe der Positronen Emissions Tomographie (PET) eine erhöhte Aufnahme des Glukoseanalogs Fluor-18-Deoxyglukose (18FDG) bei gleichzeitig verminderter Durchblutung festgestellt werden. Diese Beobachtung weist auf noch vitales Gewebe mit verändertem Glukosemetabolismus hin und ist Ausdruck einer Stoffwechseladaption an diese besondere Situation. Ziel der Studie war es festzustellen, inwieweit eine erhöhte Expression der Glukosetransporter GLUT1, 3, 4, bzw. der Hexokinase (HK) ursächlicher (Teil-) Mechanismus für die beobachtete Steigerung der Glukoseaufnahme in die Herzmuskelzelle sein kann. Methoden: Zur Überprüfung der Existenz einer natürlichen regionalen Variabilität der Untersuchungsparameter, wurde eine molekularbiologische Analyse zuerst am nicht-ischämischen Schweinemyokard durchgeführt. Die Herzen von geschlachteten Tieren (n=6) wurden in definierte epi- und endokardiale Regionen des linken und rechten Ventrikels, sowie den Atrien unterteilt. Der zweite Teil der Studie untersuchte die Veränderungen in chronisch ischämischen Herzen (n=6). Im tierexperimentellen Versuchsaufbau wurde dafür bei jungen Schweinen ein modifizierter Stent in die linke Koronararterie (LAD) implantiert, der zu einer initialen Stenose von 75% führte. Ziel war ein langsamer Fortschritt des Verschlusses mit kompletter Stenose nach Ende des Versuchzeitraums von 28 Tagen. Anschließend wurden klinische Untersuchungen mit Hilfe des PETs durchgeführt, die Tiere euthanasiert und die Herzen entnommen. Myokardiale Biopsien wurden aus Regionen gewonnen, in denen im PET eine erhöhte Glukoseaufnahme bei gleichzeitig reduzierter Perfusion festgestellt worden war („mismatch“), aus Arealen mit reduzierter Perfusion und normalem bzw. vermindertem Glukosestoffwechsel („match“), sowie aus Regionen ohne jegliche Veränderung (REMOTE). Die Gewebeproben wurden auf ihren Protein- und mRNA-Gehalt an GLUT1, 3, 4, sowie der Hexokinase II untersucht. Die Quantifizierung der Proteine erfolgte nach Anreicherung der Membranfraktionen, durch Immunoblotting mit spezifischen Antikörpern und wurde bezogen auf einen intern mitgeführten Standard ausgewertet. mRNA wurde aus dem Gewebe extrahiert und die Kopienanzahl nach RT-PCR mit Hilfe der LightCycler Technik und spezifischen, fluoreszierenden Hybridisationsproben bestimmt. Ergebnisse: Die Ergebnisse der nicht-ischämischen Herzen zeigen, dass innerhalb des linken Ventrikels keine regionalen Unterschiede der untersuchten Parameter nachzuweisen waren. Interessanterweise konnte dagegen im Bereich der Atrien eine deutliche Reduktion der GLUT1 Expression festgestellt werden. In den ischämischen Herzen wurde innerhalb des Versorgungsgebietes der linken Koronararterie (LAD) eine signifikante Steigerung (p<0,05) des GLUT1 Protein (1,34±0,29) im Gegensatz zur REMOTE Region beobachtet (0,89±0,3). Durchschnittlich war die GLUT1 mRNA Kopienanzahl in der LAD Region 2,5-fach gegenüber der unveränderten REMOTE Region gesteigert (p<0,05). Das GLUT4 Protein war in den ischämischen Arealen geringgradig, jedoch nicht signifikant reduziert (LAD:1,04±0,52 vs. REMOTE:1,46±0,48). Die weiter untersuchten Parameter (GLUT3, HK) ließen, weder auf der Protein-, noch auf der mRNA Ebene, ein regional verändertes Verteilungsmuster innerhalb der ischämischen Herzen erkennen. Schlussfolgerung: Die beobachtete Expressionssteigerung von GLUT1 läßt vermuten, dass diese Isoform der Glukosetransporter eine wichtige Funktion im gesteigerten Glukosemetabolismus und damit im Protektionsmechanismus der Kardiomyozyten in chronisch ischämischen Situationen zu erfüllen hat.