title: Die mRNA Expression der Isoformen 4.1 und 4.2 der Untereinheit 4 der Cytochrom-c-Oxidase bei Vorhofflimmern
Creators: name: Cybulski, Pia
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2020
Subjects: Vorhofflimmern
mRNA
PCR
oxidative Phosphorylierung
oxidative phosphorylation
Medical sciences, Medicine
Medizin, Gesundheit
cytochrome-c-oxidase
Atrial fibrillation
hypoxia
Hypoxie
Cytochrom-c-Oxidase

description: The pathogenesis of atrial fibrillation (AF) and underlying mechanisms remain poorly understood. It is well known that a deficit in the mitochondrial energy metabolism can contribute to the progression of the substrate for AF. During AF the activity of the res-piratory chain alters and the myocardial oxygen extraction increases, resulting in a state of relative hypoxia. Cytochrome c oxidase (EC 1.9.3.1., CytOx), representing complex IV of the respiratory chain, catalyzes the rate-limiting step in the electron transfer to Dioxygen. Therein, subunit 4 of the enzyme is the key regulatory subunit and funda-mentally required for the enzymatic activity. Accordingly, it has control function for the entire process of oxidative phosphorylation. Expression of isoform 4.2 is dependent on cellular oxygen content and optimizes the efficiency of respiration at low oxygen levels. This study is to address the mRNA expression of subunit 4 isoforms of the cytochrome c oxidase in case of AF. Examining a HeLa-cell-line cell culture under normoxia and conditions of oxygen depri-vation, an increase in the expression of isoform 4.2 became apparent. Myocardial biopsies of the right atrium were taken from 42 cardiac surgery patients. 11 patients suffered from permanent AF, whereas 31 patients with sinus rhythm represent-ed the control group. The mRNA expressions of isoforms 4.1 and 4.2 of the cytochrome c oxidase were quantified. In order to evaluate hypoxic response, mRNA expressions of HIF-1α and VEGF-B were examined. The evaluation of cytochrome c oxidase isoform 4.2/4.1 ratio revealed an elevated iso-form 4.2 expression accompanied by a decrease of the expression of isoform 4.1 in the patient group with permanent AF. Due to the known mitochondrial dysfunction, pa-tients with diabetes mellitus were not considered. In this study the elevation of the ex-pression of isoform 4.2 appeared independently of the severity of coronary artery dis-ease. The suggestion is made that statin therapy and the consequential change in lipid metabolism lead to an altered isoform 4.2 expression. Supposedly, an increased isoform 4.2 expression is accompanied by an extended left atrial diameter in AF. In conclusion, alterations in CytOx subunit 4 isoform expression during relative hypoxia in myocardial tissue (increase of VEGF-B expression) may serve as a compensatory mechanism. The increase of isoform 4.2 within cytochrome c oxidase results in an opti-mized efficiency of the energy metabolism and a limitation of ROS production. All in all, the switch of isoform expression pattern may represent a reparatory and/or regenera-tory mechanism during AF.
description: Die Pathogenese des Vorhofflimmerns (VHF) ist nach wie vor nicht vollständig geklärt. Es ist bekannt, dass der mitochondriale Energiestoffwechsel eine wichtige Rolle in der Pathogenese dieser Erkrankung einnimmt. Während des VHF kommt es zu einer veränderten Enzymaktivität in der Atmungskette und zu einer relativen Myokardhypoxie. Die Cytochrom-c-Oxidase (EC 1.9.3.1., CytOx), Komplex IV der Atmungskette, stellt das Schrittmacherenzym für die Elektronenübertragung in der Atmungskette dar. Ihre Untereinheit 4 besitzt eine essenzielle Rolle für die Funktion des Enzyms und damit auch eine Kontrollfunktion über den gesamten Prozess der oxidativen Phosphorylierung. Die Expression der Isoform 4.2 in der Untereinheit 4 des Enzyms ist von der zellulären Sauerstoffkonzentration abhängig. Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Klärung, inwieweit VHF von einer vermehrten Expression der Isoform 4.2 der CytOx begleitet wird. In dem Modell einer Zellkultivierung von HeLa-Zellen konnte gezeigt werden, dass eine vermehrte Expression der Isoform 4.2 während einer protrahierten Hypoxie besteht. Bei 42 kardiochirurgischen Patienten wurden während des operativen Eingriffs Myo-kardbiopsien aus dem rechten Vorhof entnommen. Dabei wiesen 11 Patienten ein permanentes VHF auf. 31 Patienten mit Sinusrhythmus dienten als Vergleichsgruppe. Es wurde eine mRNA-Analyse zum Nachweis der Expression der Isoformen 4.1 und 4.2 der CytOx durchgeführt. Parallel dazu erfolgte eine Quantifizierung der mRNA Expression von HIF-1α und VEGF-B, um eine Aussage hinsichtlich der Sauerstoffversorgung treffen zu können. Die Auswertung eines 4.2/4.1 Quotienten bei der mRNA-Expressionsanalyse ergab ei-nen Unterschied zwischen der Patientengruppe mit permanentem VHF bzw. mit Sinusrhythmus. Dabei zeigte sich eine vermehrte Expression der Isoform 4.2 bei verminderter Expression der Isoform 4.1 im Myokard. Aufgrund von Hinweisen auf eine mitochond-riale Dysfunktion bei Diabetes mellitus wurden diese Patienten bei der Auswertung nicht berücksichtigt. Es konnte gezeigt werden, dass die erhöhte Expression der Isoform 4.2 unabhängig vom Ausmaß des Gefäßbefalls bei einer KHK auftritt. Weiterhin deutet sich an, dass die Einnahme von Statinen und die damit verbundene Beeinflussung des Lipidstoffwechsels die Expression der Isoform 4.2 verändert. Es kann vermutet werden, dass eine Zunahme des linksatrialen Durchmessers bei VHF von einer erhöhten Expression der Isoform 4.2 begleitet wird. Die Veränderung der Isoform-Expression in der CytOx könnte in Anbetracht einer Sauerstoffunterversorgung des Myokards (Erhöhung von VEGF-B-Expression) einen Kompensationsmechanismus darstellen. Durch die Erhöhung der Isoform 4.2 kommt es zu einer Ökonomisierung der Energieproduktion und einer Verminderung der ROS-Freisetzung. Die Veränderung der Expression der Isoformen könnte somit einen Reparations- und/oder Regenerationsmechanismus des Myokards bei VHF darstellen.