Research Report 2010 - MDC

combined computation and laboratory experimentsin a study of a rat model for spontaneous hypertensiveheart failure (SHHF). By crossing SHHF rats withanother strain that is hypertensive but does notdevelop heart failure, they obtained a population ofrats with various degrees of heart failure while all animalshad high blood pressure. This allowed the scientiststo peel apart factors that contribute to highblood pressure and heart failure. Ephx2 modifies ahormone called EET in cardiac muscle, which plays arole in coordinating heart cell contraction, relaxesblood vessels and helps protect the organ after sometypes of heart attacks. Extending the work to humanpatients recovering from heart failure, they discoveredlow levels of Ephx2 in patient tissue. An improperlyfunctioning version of Ephx2 found in some peoplemay lead to more severe damage in the aftermathof heart failure.Another very active area within the program exploresfundamental mechanisms by which cells regulategene expression and the connections between thesesystems and heart functions and disease. One focusof the labs of Nikolaus Rajewsky and MatthiasSelbach is the way microRNAs regulate hundreds ofgenes. Combining a method called SILAC (whichlabels amino acids with a stable, non-radioactive isotope)with mass spectrometry, the researchersobtained the first quantitative measurements ofglobal changes in protein production in cells thatexpress particular microRNAs. Sometimes thesesmall molecules cause the destruction of messengerRNAs; in other cases they prevent the translation ofmRNAs into proteins. The scientists found that singlemicroRNAs use both methods as a sort of global “volumecontrol” for the output of hundreds of genes,allowing the cell to tune protein production up anddown. Prior to the development of this method, it wasdifficult to measure the amounts of molecules synthesizedby cells under various conditions. In manycases, diseases are thought to arise from a change inthe dosage of a particular protein found in certaintypes of cells, rather than its absolute presence orabsence. The work provides a new method to get ahandle on this issue.nachweisen, dass das Gen Ephx2 eine wichtige Rolle beider Entstehung der Herzinsuffizienz und der Arrhythmiespielt. Letztere ist ein Vorbote des plötzlichen Herztodes.Die Forscher kombinierten Computermodellstudien undExperimente an einem Rattenmodell für spontane hypertensiveHerzinsuffizienz (SHHF). Sie kreuzten SHHF-Rattenmit einem anderen Stamm, der zwar Bluthochdruck,aber keine Herzinsuffizienz entwickelt. Sie erhielten soeine Population von Ratten mit abgestuften Ausprägungenvon Herzinsuffizienz bei durchgehend bestehendemBluthochdruck. Die Analyse ergab damit verschiedeneUrsachen für Bluthochdruck und für Herzinsuffizienz. ImHerzmuskel wird die Wirkung eines Hormons mit derBezeichnung EET durch Ephx2 verändert. Dieses Hormonist wichtig für die Koordination von Herzmuskel -kontraktion und Blutgefäßerweiterung und bildet einenSchutzfaktor beim Herzinfarkt. Bei der Ausweitung dieserStudien auf Herzpatienten, die sich in der Erholungsphasenach einer akuten Herzinsuffizienz befanden, wurdenerniedrigte Ephx2-Werte im Pa tien ten gewebe beobachtet.Eine Fehlfunktion des Ephx2 könnte also bei manchenPatienten die Ursache für schwere Schädigungen in derErholungsphase nach einer Herzinsuffizienz sein.Ein weiteres sehr intensiv bearbeitetes Teilgebiet des Programmssind die fundamentalen Mechanismen derRegulation der Genexpression und ihrer Verbindung zuHerzfunktion und Herzversagen. Ein Schwerpunkt derStudien in den Laboratorien von Nikolaus Rajewsky undMatthias Selbach ist die Regulation der Expression vonHunderten von Genen durch microRNAs. Durch den koordiniertenEinsatz der SILAC-Methode (bei der gewisseAminosäuren durch stabile, nicht-radioaktive Isotopenmarkiert werden) und anschließender Massenspektrometriekonnten die Forscher erstmals quantitative Messungenvon Veränderungen der Gesamtproduktion von Proteinenin Zellen erhalten, die microRNS exprimieren. Ineinigen Fällen bewirken diese kleinen Moleküle die Zerstörungvon Boten-RNAs; in anderen Fällen hemmen siedie Translation der mRNA und damit die Entstehung derdurch sie kodierten Proteine. Es zeigte sich, dass manchemicroRNS beide Regulationsmechanismen nutzen, umeine Art „Gesamtkontrolle“ über die Ausbildung Hunderterverschiedener Proteine auszuüben. Solche wissenschaftlichenUntersuchungen waren vor der Entwicklungdes kombinierten SILAC-Verfahrens äußerst schwierig.Die neue Methode erlaubt nun einen Zugang zu diesenkomplizierten experimentellen Forschungsansätzen.Cardiovascular and Metabolic Disease Research 5