Examensarbete i biologi, naturvetenskapliga fakulteten, Lunds universitet
Kan man leva utan ett intakt cellskelett?
Johanna Balogh
Även celler behöver ett skelett och detta är uppbyggt av olika proteiner som bildar ett nätverk,
vilket ger ett stabilt stöd och håller alla strukturer på plats i cellen. Studier på möss visar att de
överlever och till och med kan få ungar, trots att vissa centrala protein i cellskelettet saknas. Dessa
studier har gjorts på möss som via genmodifiering saknar ett specifikt protein. Vi har studerat
muskelkontraktionen i hjärta hos möss som saknar desmin, ett protein som sammanbinder
muskelfiberns minsta enheter. Utan desmin har muskelfibrerna en mer lucker struktur, men
kontraktionen fungerar fortfarande. Det intakta hjärtat har förkalkningar i hjärtväggen och
hjärtvikten har ökat för att behålla en normal hjärt minut volym.
För att ta reda på om muskelkraften är lägre i hjärtan från möss utan desmin använde vi två
metoder: dels mätte vi kraften från intakta isolerade hjärtan dels studerade vi kraftutvecklingen på
muskelvävnadsnivå. Den s.k. Langendorff-isolerade hjärtpreparationen går ut på att syresätta ett
intakt hjärta som därmed slår automatiskt. Detta är möjligt genom att genomblöda hjärtat via aorta.
Aortaklaffarna stängs av det höga trycket och den varma lösningen flödar istället genom
kranskärlen och syresätter hela hjärtmuskeln, som direkt börjar slå igen. För att mäta trycket i
hjärtat behövs en liten ballong med känd volym som förs ner i vänster kammare och förmedlar
kammarväggens tryck mot ballongen.
I den andra metoden isoleras en muskel och dess cellmembran avlägsnas på kemisk väg. Fördelen
med dessa preparat är att man kan upprätthålla en kontrollerad inre miljö och kontrahera preparaten
relativt snabbt i en calciumrik lösning utan cellmembranets inverkan. Ett mått på den snabbaste
kontraktionen får man om ATP (adenosin trifosfat) blixtsnabbt tillsätts, vilket ger energi åt
muskelarbetet. Detta görs genom att använda en kemisk förening som frigör ATP när den belyses
av en blixt från en UV-lampa.
Resultaten vi fick tyder på att desmin behövs för ett normalt fungerande hjärta eftersom hjärtat blir
svagare och har svårare att relaxera utan desmin. Muskelvävnad utan cellmembran visar ingen
långsammare kraftutveckling eller minskning i kraft utan desmin, vilket förvånade oss. Detta kan
bero på att det intakta hjärtats celler inte kan aktiveras maximalt, dvs att desmin har en funktion i
aktiveringsprocessen. En försämrad frisättning eller inflöde av kalcium kan ge lägre kraft.
Svårigheten att relaxera kan bero på försämrad kalciumeliminering, eftersom muskelfibern inte kan
relaxera normalt med för hög halt av kalcium i cellen
Hos människor med kardiomyopati (försvagade hjärtan p.g.a. förändringar i hjärtmuskeln) ökar
andelen protein i cellskelettet istället för minskar som hos de studerade mössen, men funktionen hos
proteinen är tydligt försämrad. I dessa fall är inte desmingenen utan sekundära faktorer som styr
bildningsprocessen av proteinet påverkade.
I detta arbete har jag etablerat en modell för studier av isolerade hjärtan från möss. Utvecklingen av
s.k. transgena möss sker mycket snabbt och olika gener som styr bildningen av viktiga proteiner i
hjärtat kan direkt påverkas. Det är därför intressant att kunna studera funktionen hos mushjärtan för
att undersöka den fysiologiska funktionen hos dessa proteiner. Den musmodell vi har använt är en
intressant modell för att studera kardiomyopati och preparationen av intakta hjärtan lär oss mer om
hur hjärtat påverkas av sjukdomstillståndet. Tidigare har inga försök gjorts på dessa möss för att
studera hjärtkapaciteten, så med våra data hoppas vi bättre kunna förklara vad proteinet desmin har
för betydelse i cellskelettet.
Swedish official title: Mekansisk funktion av intermediära filament i hjärtmuskler: Studie av
slående hjärtan och hjärtmuskelpreparationer från en transgen musmodell.
Swedish credits: 20p
Supervisor: Anders Arner and Ulf Malmqvist, Animal physiololgy (Dep. of physilogical sciences)
Submission date/time: 1999-07-06
Examensarbete i biologi, naturvetenskapliga fakulteten, Lunds universitet
Mechanical function of intermediate filaments i cardiac muscle: Studies of
beating heart and cardiac muscle preparations from a transgenic mouse
model
Johanna Balogh
Biology, Pharmacology
Autumn 1998
Abstract in English
The mechanical role of the cytoskeletal filament protein, desmin, in cardiac and skeletal muscle was
studied using mice genetically unable to synthesize desmin, i.e. desmin "knock out" mice. It has
previosly been shown that muscles from these animals can contract but do not develop the same
force as those in the wild type. The sarcomeres are disorderly arranged and cardiac hypertrophy
with calcification of the cardiac wall is observed in 70% of the animals. The aim of this study was
to obtain more detailed mechanical data from the cardiac and skeletal muscles. Knocked out
(desmin-/-) and wild type (desmin+/+) mice were compared. To study the intact heart, the
Langendorff isolated heart preparation was used. This technique allows force measurements from
the left ventricle of an isolated beating heart. The wall thickness was calculated from the pressure
and volume relation of the Langendorff preparation and was significantly thicker in the desmin -/mice, reflecting hypertrophy. The diastolic pressure was increased at higher filling volumes in the
desmin-/- mice suggesting altered relaxation properties or increased wall stiffness. The heart of the
desmin-/- mice had a lower developed pressure, i.e. the systolic pressure minus the diastolic
pressure, suggesting a lower force generating ability from the muscle. This could in part be due to
the calcification in the cardiac wall leading to impaired mechanical function. A lower force output
of the caridac musclce is also involved. To study this aspect, skinned (demembranated) muscle
preparations were used. Force development was measured after an instantaneous release of ATP in
the presens of Ca2+. There was no significant difference between the desmin-/- and desmin+/+
preparations suggesting that the lower force of the intact heart is mainly due to altered activation
properties rather than changes in force generation per se. The lack of desmin might affect the Ca2+
handling in the cells. The maximal rate of the force development of the single fast skeletal psoas
muscle fibers from the desmin knocked out mice were significantly reduced, probably due to a
transformation towards a slower muscle type, i.e. higher relative content of slow myosin isoforms.
