Regulation der Kontraktilität im gesunden und kranken Herzen

Die Kontraktilität von Herzmuskelzellen kann u.a. durch Stimulation verschiedener Membran-Rezeptoren beeinflusst werden. Dazu gehören G-Protein-gekoppelte Rezeptoren wie β-Adrenozeptoren, Serotonin-Rezeptoren und Histamin-Rezeptoren. Die Aktivierung dieser kardialen Rezeptoren durch endogene oder exogene Agonisten führt über stimulatorische G-Proteine zu einer Aktivierung eines Enzyms, der Adenylylzyklase. Diese katalysiert die Bildung von cyclischem Adenosinmonophosphat (cAMP) aus ATP, was in einer Aktivierung der cAMP-abhängigen Proteinkinase (PKA) mündet. Bei der nachfolgenden Reizweiterleitung spielt die reversible Phosphorylierung regulatorischer Proteine durch die PKA und andere Proteinkinasen und deren Dephosphorylierung durch Proteinphosphatasen eine wichtige Rolle. Jede Veränderung im Phosphorylierungsmuster der regulatorischen Proteine kann deren Funktion verändern, was Auswirkungen auf die gesamte Herzmuskelzelle haben kann. Beispielsweise können Zellstoffwechsel, Transkription und Translation von Genen, sowie die Funktion der kontraktilen Myofilamente und die Calcium-Homöostase über Proteinphosphorylierungen reguliert werden, was sich z.B. in einer veränderten Kraftentwicklung der Herzmuskelzelle äußert (z.B. positiv inotroper Effekt der β-adrenergen Stimulation). Aber auch ein Anstieg der Herzfrequenz (=positiv chronotroper Effekt) gehört dazu. Ein anderes Signalmolekül dagegen, nämlich Adenosin, kann über Adenosinrezeptoren den cAMP-Anstieg verhindern oder die Aktivität von Proteinphosphatasen erhöhen und auch extrazelluläres ATP kann über sarkolemmale Rezeptoren die Calcium-Homöostase beeinflussen. In Abbildung 1 sind diese Zusammenhänge schematisch vereinfacht dargestellt. Über dieses Signalnetzwerk wird letztlich die Calcium-Freisetzung aus dem sarkoplasmatischen Retikulum (SR) der Kardiomyozyten sowie die Wiederaufnahme des Calciums in das SR erhöht oder vermindert, was z.B. zu veränderten inotropen und chronotropen Effekten führt. Je nach Art der Stimulation können diese Veränderungen sowohl positiv wie negativ sein. Außerdem beeinflussen verschiedene Erkrankungen des Herzmuskels diese Signalwege und umgekehrt lassen sich durch medikamentöse Beeinflussung dieser Signalwege die Symptome verschiedener Herzerkrankungen (z.B. Herzinsuffizienz) lindern.