Background: The Ubiquitin-Proteasome System (UPS) is a selective protein degradation pathway that is critically involved in the pathogenesis of several cardiac disorders. Cullin-RING ligases (CRLs) constitute the largest group of E3 ubiquitin ligases and utilize F-box proteins for substrate recognition. Two well-known players in the heart are Atrogin-1 and Murf-1. While Murf-1 is not a CRL by definition, publications demonstrate the importance of these E3 ligases for the hypertrophy-modulating role in the heart. Aim and Objectives: The aim of the project was to identify other hypertrophy-modulating CRLs in primary cardiomyocytes. Methods: A genomic approach using a rat siRNA library directed against 43 F-box proteins and other CRL components was combined with automated microscopy to assess the role of CRL depletion on neonatal rat cardiomyocyte (NRCM) cell size. Furthermore, the results were validated by cell count analysis and metabolic assays to ensure the effect of siRNA transfection on neonatal rat cardiomyocytes in vitro. Results: We identified 13 CRL components (seven Fbxo-, two Fbxw-, one Fbxl- family members and several CRL subunits) that significantly affected NRCM cell size. Of these, Fbxo33, Fbxo25, Fbxo45, and Fbxw4 were identified as the most potent novel regulator of cardiac hypertrophy. Summary and Outlook: This study identified several CRLs with effects stronger than Atrogin-1 that might play a yet unrecognized role in the regulation of cardiac hypertrophy. A deeper insight into the molecular basis of the hypertrophy-modulating role of the UPS could establish unknown paths to treat cardiac diseases by directly manipulating the turnover of essential proteins. In the next step, the function of the most potent ubiquitin ligases in the heart for physiological und pathophysiological hypertrophy will be assessed in vivo. The role of the ubiquitin-ligase in the cells could offer new therapeutic opportunities for cardiac diseases such as heart failure, by directly targeting deregulated proteins that are involved in critical molecular pathways. While other methodical approaches aim to modulate the mRNA level or gene editing, the regulation of proteins abundance directly by enhancing or inhibitions of a targets protein, could offer new perspectives. For instance, the proteins chimeric molecule 1 (Protac-1) mediates the ubiquitination and degradation of target proteins. That could provide a new approach for the inactivation of disease-causing proteins.      «

Background: The Ubiquitin-Proteasome System (UPS) is a selective protein degradation pathway that is critically involved in the pathogenesis of several cardiac disorders. Cullin-RING ligases (CRLs) constitute the largest group of E3 ubiquitin ligases and utilize F-box proteins for substrate recognition. Two well-known players in the heart are Atrogin-1 and Murf-1. While Murf-1 is not a CRL by definition, publications demonstrate the importance of these E3 ligases for the hypertrophy-modulating r...     »

Hintergrund: Das Ubiquitin-Proteasomen System (UPS) ist ein hoch-selektives Protein abbauendes System, das eine wichtige Rolle in der Pathogenese von vielen Herzerkrankungen spielt. Die Cullin-RING Ligasen (CRLs) stellen die größte Gruppe von E3 Ligasen dar und benutzen F-box Proteine um ihr Substrat zu erkennen. Zwei gründlich untersuchte Schlüsselproteine im Herzen sind Atrogin-1 und Murf-1. Während Murf-1 selbst nicht definitionsgemäß zu den CRLs gerechnet wird, zeigen Veröffentlichungen die Bedeutung dieser E3 Ligasen für die Hypertrophie-regulierende Rolle im Herzen. Ziel: Das Hauptziel dieser Arbeit war es bisher unbekannte Hypertrophie-regulierende CRLs in primären Herzmuskelzellen zu identifizieren. Methoden: Man verwendete ein Vorgehen, dass die Kombination einer ausgewählten siRNA Sammlung, die sich jeweils gegen eines der 43 F-box Proteine richtete mit einer vollautomatisierten mikroskopischen Analyse verbindet, um den Effekt der CRLs Depletion in Herzmuskelzellen zu untersuchen. Desweiteren, wurden die Ergebnisse durch Analyse der Zellzahlen und metabolischen Experimenten validiert, um den Effekt der siRNA Transfektion der neonatalen Rattenkardiomyozyten in vitro zu überprüfen. Ergebnisse: Es wurden 13 CRL Komponenten, darunter sieben Fbxo-, zwei Fbxw-, eine Fbxl- Protein und mehrere CRL Untereinheiten identifiziert, die die Zellgröße der neonatalen Rattenkardiomyozyten statistisch signifikant beeinflussen. Unter diesen wurden Fbxo33, Fbxo25, Fbxo45 und Fbxw4 als die stärksten neuen Regulatoren der Herzhypertrophie identifiziert. Zusammenfassung und Ausblick: Diese Arbeit identifiziert mehrere CRLs mit einem stärkeren Effekt als Atrogin-1, die in einen bisher unbekannten Regulationsmechanismus der Herzhypertrophie eingreifen. Ein tieferes Verständnis der molekularen Grundlage der Hypertrophie- modulierende Rolle der CRL könnte zu neuen Möglichkeiten der Behandlung von Herzerkrankungen durch die direkte Kontrolle des Proteinabbaus führen. Im nächsten Schritt wird die Funktion der potentesten Ubiquitin Ligasen im Herz in physiologischen und pathophysiologischen Hypertrophie Modellen in vivo untersucht. Die Rolle der Ubiquitin Ligase in der Zelle könnte zu neuen therapeutischen Möglichkeiten für Herzerkrankungen wie Herzinsuffizienz führen, durch die direkten Kontrolle über die Menge an deregulierten Proteine, die wichtige molekulare Signalwege beeinflussen. Während andere methodische Ansätze versuchen mRNA oder DNA zu beeinflussen, könnte die direkte Beeinflussung der Proteinmenge durch Verstärkung oder Abschwächung der Abbaurate neue Perspektiven eröffnen. Bereits publizierte Daten zeigen beispielsweise, wie das chimerische Protac-1 die Ubiquitinierung und Abbau von Zielproteinen verändert. Dies könnte einen neuen Ansatz für die Inaktivierung von krankheitsverursachenden Proteinen darstellen.      «

Hintergrund: Das Ubiquitin-Proteasomen System (UPS) ist ein hoch-selektives Protein abbauendes System, das eine wichtige Rolle in der Pathogenese von vielen Herzerkrankungen spielt. Die Cullin-RING Ligasen (CRLs) stellen die größte Gruppe von E3 Ligasen dar und benutzen F-box Proteine um ihr Substrat zu erkennen. Zwei gründlich untersuchte Schlüsselproteine im Herzen sind Atrogin-1 und Murf-1. Während Murf-1 selbst nicht definitionsgemäß zu den CRLs gerechnet wird, zeigen Veröffentlichungen die...     »