Anke Haberland

Konfokale Kalziumsignale in Kardiomyozyten, differenziert aus embryonalen Stammzellen

Dissertation zur Erlangung des akademischen Grades Doktor der Zahnmedizin (Dr. med. dent.) vorgelegt an der Medizinischen Fakultät der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg
verteidigt am 27.09.2004

Abstract
In Kardiomyozyten, die sich in vitro aus embryonalen Stammzellen der Maus differenziert haben, treten räumlich-zeitliche Kalziumsignale wie Ca2+-Oszillationen, -Wellen und -Sparks auf. Nachdem die Kardiomyozyten mechanisch und enzymatisch isoliert und mit Fluoreszenzindikatoren beladen wurden, konnten die Kalziumsignale mithilfe der konfokalen Laser-Scanning-Mikroskopie sichtbar gemacht werden. Es konnte gezeigt werden, dass die Ca2+-Oszillationsfrequenz mit zunehmendem Alter der Zellen wächst. Parallel dazu wurde eine Abnahme der relativen Fluoreszenzintensität gemessen. Durch Applikation von Antimycin A (60 Ámol/l), einem Hemmstoff der Atmungskette, konnte der Einfluss von Mitochondrien auf die Entstehung von Ca2+-Oszillationen näher untersucht werden. Messungen des Komplex III der Atmungskette und des Glycolyseleitenzyms Phosphohexoseisomerase bestätigten die Vermutung, wonach Mitochondrien und nicht das sarkoplasmatische Retikulum bei der Ausbildung von Ca2+-Oszillationen in der ersten Altersgruppe eine dominante Rolle spielen. Mithilfe von Carbachol und Cäsiumchlorid wurde überprüft, ob die beobachteten Ca2+-Oszillationen durch extrazelluläre Faktoren beeinflußt werden können. Es wurde weiter beobachtet, dass mit fortschreitendem Alter der Zellen immer häufiger Ca2+-Sparks auftraten. Ca2+-Wellen bewegten sich mit einer Geschwindigkeit von 60 bis 100 Ám/s durch das Zellinnere.

In murine cardiac myocytes derived from embryonic stem cells there are observed spatio-temporal calcium patterns like oscillations, waves and sparks. After mechanically and enzymatically isolation of the cells they were loaded with fluorescence indicators. The calcium patterns were made visible by a confocal laser scanning microscope. A growing frequency of calcium oscillations and a decrease of relative fluorescence intensity with progressing age of the cells was measured. By applicating Antimycin A, an inhibitor of respiratory chain, the influence of mitochondria on the development of calcium oscillations was investigated. Measurements of two different enzymes of respiratory chain and glycolyse confirmed our assumption that mitochondria and not the sarcoplasmatic reticulum play an important role in developing calcium oscillations in early differentiated cardiac myocytes. By carbachol and caesiumchloride was tested, if calcium oscillations can be influenced from extracellular space. Furthermore an increasing number of sparks was observed in the cells with growing age. The speed of calcium waves ranged between 60-100 Ám/s. Other phenomenas were calcium oscillations of long duration and spatio-temporal calcium patterns in the cell nucleus.

Keywords:
embryonale Stammzellen, murine Kardiomyozyten, Konfokale Laser-Scanning-Mikroskopie, Fluoreszenzindikatoren, Kalziumoszillationen, Kalziumsparks, Kalziumwellen, Antimycin A, Carbachol, Cäsiumchlorid

embryonic stem cells, murine cardiac myocytes, confocal laser scanning microscopy, fluorescence indicators, calcium oscillations, calcium waves, calcium sparks, Antimycin A, carbachol, caesiumchloride

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Inhaltsverzeichnis
Titelblatt, Referat, Inhaltsverzeichnis, Abkürzungen (1, I-IV)
1. Einleitung und Zielstellung (1-6)
2. Material und Methodik (7-15)
3. Ergebnisse (16-45)
4. Diskussion (46-57)
5. Zusammenfassung (58-60)
6. Literaturverzeichnis (61-66)
7. Thesen (67-68)
Publikationen