Analyse und Funktion des Hyperpolarisationsaktivierten Schrittmacherkanals HCN4

Seit der ersten Charakterisierung des Ih-Stroms wird dessen
Funktion im Herzen, insbesondere während der langsamen spontanen
Depolarisation im Sinusknoten kontrovers diskutiert. 1998 gelang es
mehreren Arbeitsgruppen unabhängig voneinander, die entsprechenden
Gene zu identifizieren, die für die Ih-Kanäle kodieren. Diese
HCN-Genfamilie umfasst 4 Isoformen, wobei jede Isoform ein
spezifisches Expressionsmuster besitzt. Im Säugetiersinusknoten
konnte auf Transkriptebene gezeigt werden, dass HCN4 die dominante
HCN Isoform darstellt. Um die physiologische Funktion von HCN4
aufzuklären wurden in der vorliegenden Arbeit Mäuse generiert und
analysiert, die für diese HCN Isoform defizient sind. Es konnte
gezeigt werden, dass HCN4 für die Funktion des sich entwickelnden
kardialen Reizleitungssystems essentiell ist. Im Wildtyp Embryo
wird HCN4 Transkript und Protein in der Region exprimiert, in der
sich der Sinusknoten entwickelt. Mäuse die für den HCN4-Kanal
ubiquitär oder herzspezifisch defizient sind, sterben zwischen ET
10,0 und 11,5. Histologische Untersuchungen an den HCN4-defizienten
Tieren zeigten keine offensichtlichen morphologischen Defekte. Im
Durchschnitt ist Ih in den Knock-out Kardiomyozyten um 85%
reduziert. Die Herzen der HCN4-defizienten Mäuse schlagen
signifikant langsamer als die von Wildtypen und können durch cAMP
nicht stimuliert werden. Sowohl in Wildtypen als auch in
HCN4-/--Mäusen konnten Kardiomyozyten mit einem "primitiven"
Schrittmacherpotential detektiert werden. Hingegen sind Zellen mit
einem ausgereiften Schrittmacherpotential, die im Wildtyp ab ET 9,0
auftreten, nicht im Knock-out zu finden. Deshalb ist der HCN4-Kanal
für die Bildung von Schrittmacherpotentialen im sich entwickelndem
Sinusknoten essentiell. Im adulten Tier wird HCN4 ausschließlich in
Herzregionen exprimiert die spontane Aktivität aufweisen.
Proteinexpression wurde sowohl im ganzen Sinusknoten als auch in
isolierten Sinusknotenzellen, im AV Knoten und auf den Herzklappen
nachgewiesen. Wegen der embryonalen Letalität des globalen HCN4
Knock-outs wurden mit Hilfe des Cre loxP Systems herzspezifische
HCN4-defiziente Tiere hergestellt. Nach genauer Analyse von fünf
verschiedenen Cre Transgenen konnte schließlich mit Hilfe der
induzierbaren MerCreMer Maus die HCN4 Expression im Sinusknoten um
etwa 90% reduziert werden. Mit diesen Tieren sollte es möglich
sein, die Rolle von Ih im Herz zu untersuchen. Vorläufige in-vivo
EKG Messungen ergaben aber Bemerkenswerterweise bisher noch keine
Unterschiede zwischen Wildtyp und der herzspezifischen
HCN4-MerCreMer-KO Maus.