The role of apoptosis in dilated cardiomyopathy

Abstract

Dilated cardiomyopathy is a cardiac disease of unknown origin which is characterized by the gradual development of cardiac failure. Apoptosis, i. e. suicidal programmed cell death, may play a role in the development of heart failure. Only few studies have been carried out until now that describe the rate of apoptosis in human hearts with dilated cardiomyopathy. The numbers reported vary widely. This is also true for studies in different other cardiac diseases such as myocardial infarction or hibernating myocardium.

The methods used to identify apoptosis include electron microscopy, labeling of the DNA fragments (TUNEL), staining with the Hoechst dye, annexin V labeling and documentation of DNA fragmentation using gel electrophoresis (laddering). None of these methods are totally reliable in tissue sections in which apoptosis is not a frequent event when they are not combined with another technique, e. g. TUNEL with electron microscopy or laddering. This has, however, only rarely been done. These technical difficulties may be the reason for the wide variation in the rate of apoptosis reported.

From our own data we conclude that apoptosis plays a significant role in acute ischemia and in hibernating myocardium but its significance in the progression to heart failure in dilated cardiomyopathy has still to be established.

Zusammenfassung

Die dilatative Kardiomyopathie ist eine Herzerkrankung unbekannter Genese. Sie zeichnet sich durch einen allmählichen Verlauf in ihrer Entwicklung aus. Es wurden viele verschiedene Ursachen, wie genetische Abnormalitäten, virale Infektionen und autoimmune Erkrankungen, diskutiert, aber eine abschließende Antwort zur Ätiologie fehlt bis heute. Im Endstadium dieser Erkrankung hat das Herz an Gewicht zugenommen und beide Ventrikel und Atria sind dilatiert.

Histologisch sieht man eine generalisierte Fibrose und Hypertrophie, aber auch eine Atrophie von Myozyten. Der augenscheinliche Verlust von Myozyten führt zu der Annahme, daß auch Apoptose eine wichtige Rolle bei der dilatativen Kardiomyopathie spielen könnte. Dieser programmierte Zelltod hat wahrscheinlich einen maßgeblichen Anteil an der Entstehung von verschiedenen Herzerkrankungen.

Apoptose, der suizidale Zelltod, ist morphologisch durch Zellschrumpfung, Kondensation des Chromatins und Bildung von sogenannten „apoptotic bodies” charakterisiert. Ein weiteres typisches Zeichen ist das Vorhandensein von morphologisch normal aussehenden Mitochondrien und einem intakten Plasmalemm (Abbildung 1). Eines der wichtigsten Kennzeichen der Apoptose ist die DNA-Fragmentierung in gleich große Fragmente von 185 bis 200 bp. Im Gegensatz zum nekrotischen Zelltod, bei dem die Zellen durch eine Entzündungsreaktion weggeräumt werden, fehlt diese bei Apoptose, und die Zelltrümmer werden durch Makrophagen phagozytiert.

Es gibt bisher nur einige wenige Veröffentlichungen über die dilatative Kardiomyopathie, welche die Rate von apoptotischen Zellen im menschlichen Herzen beschreiben. Die bisher publizierten Zahlen variieren sehr stark, und es ist wegen technischer Differenzen schwierig, sie zu vergleichen. Dies trifft auch auf Studien zu, die Apoptose bei Herzinfarkt oder im „hibernating myocardium” beschreiben (Tabelle 1).

Die verwendeten Methoden sind die TUNEL-Methode, Elektronenmikroskopie, Annexin-V-Markierung, „DNA-Laddering” und die Darstellung von apoptotischen Kernen mit dem Hoechst-Farbstoff. Da Apoptose in menschlichem Herzgewebe nur in geringem Maße vorkommt, ist nur eine Kombination von mindestens zwei dieser Methoden ausreichend, um eine genauere Aussage über das Vorkommen von apoptotischen Zellen im Herzgewebe zu machen. Dies ist leider nur von einigen der Autoren verwirklicht worden. Diese Tatsache ist wahrscheinlich der Grund für die weite Variation der Daten über Apoptose im menschlichen Myokard. Die Suche nach anderen Möglichkeiten, um den Vorgang der Apoptose zu erkennen, muß intensiviert werden. Eine dieser Möglichkeiten könnte zum Beispiel die Spaltung der Polyadenylribosepolymerase (PARP) in die zwei Bruchstücke von 85 und 31 kDa durch die Caspase-3 (CPP 32) (Abbildung 2a) sein. Die Substrate der Caspase-6 sind unter anderem die Lamine A, B1 (Abbildung 2b) und B2. Ihre Abnahme in der Kernmembran ist eine Vorstufe zu der irreversiblen DNA-Fragmentierung. Der Nachweis des Fas-Rezeptors. seines Liganden, von p53, c-myc und den Komponenten der Bcl-2-Gruppe könnte weitere nützliche Informationen bringen.

Zusammenfassend können wir von unseren eigenen Untersuchungen sagen, daß Apoptose eine wichtige Rolle bei der akuten Ischämie und im „hibernating myocardium” spielt. Ihre Rolle bei der dilatativen Kardiomyopathie muß aber noch durch weitere Studien geklärt werden.