Vorhofflimmern (VHF) ist die häufigste und bedeutsamste Arrhythmie in der täglichen klinischen Praxis. VHF wird bis 2050 voraussichtlich 6 -12 Millionen Menschen in den USA und bis 2060 zirka 18 Millionen Menschen in Europa betreffen. Fibrose und Entzündungsprozesse bestimmen entscheidend den Krankheitsverlauf und das klinische Outcome der Patienten. Trotz dieser großen Relevanz sind detaillierte Informationen zu den beteiligten molekularen Pathomechanismen weitgehend unklar. Diese Studie liefert weitere Evidenz für den aktuellen Paradigmenwechsel, dass Vorhofflimmern eher eine systemisch-entzündliche Erkrankung als eine bloße Ionenkanaldysfunktion ist. Ziel dieser Arbeit war es die Rolle der polo-like Kinase 2 (PLK2) und des proinflammatorischen Zytokins Osteopontin (OPN) im Hinblick auf Fibroblasten(dys)funktion und Fibroseentstehung zu untersuchen, um neuartige Angriffspunkte für zielgerichtete, Fibroblasten-spezifische Pharmakotherapie abzuleiten. Alle Patienten wurden über die Teilnahme an der Studie aufgeklärt und gaben ihr schriftliches Einverständnis. Die vorliegende Studie ist konform mit der Deklaration von Helsinki und enthaltene Tierversuche erhielten ein positives Votum der lokalen Tierschutzbehörde. Humane Vorhoffibroblasten wurden mit der „Outgrowth“-Methode aus Gewebeproben von Patienten im Sinusrhythmus (SR) und im permanenten Vorhofflimmern isoliert. Murine Herzfibroblasten wurden aus dem Überstand nach Langendorff-Perfusion durch mehrere Zentrifugationsschritte gewonnen. Zur Detektion von PLK2 und anderen Markerproteinen wurden (quantitative) PCRs und Western Blots durchgeführt. Zur Beurteilung der Herzfunktion in vivo, wurde transthorakale Echokardiografie mit Oberflächen-EKG-Ableitung genutzt. Nachfolgende Zellkulturexperimente beleuchteten die Auswirkungen pharmakologischer PLK2 Inhibition oder genetischen Knock-Outs auf Fibroblasten im Hinblick auf Proliferation, Differenzierung, Seneszenzentwicklung und Sekretion. Eine Massenspektrometrie-basierte Untersuchung des Sekretoms PLK2-defizienter Fibroblasten wurde im Labor unseres Kollaborationspartners Prof. Manuel Mayr am King’s College London durchgeführt. OPN im peripheren Blut von Vorhofflimmerpatienten wurde mittels eines ELISAs gemessen. Ob die betreffenden Patienten Fibrose der Vorhöfe aufwiesen oder nicht, wurde in klinisch-elektrophysiologischen Untersuchungen, dem sogenannten Mapping, bestimmt. Im Vergleich zu SR-Kontrollen, war die PLK2 mRNA- beziehungsweise Protein-Expression in isolierten Fibroblasten und auf Gewebeebene in VHF-Proben signifikant erniedrigt. Dies korrelierte mit PLK2-Promotermethylierung in der Hälfte der VHF-Proben. In SR-Kontrollen konnten wir keine Methylierung des PLK2 Promoters nachweisen. Die Herunterregulation der PLK2 mRNA-Expression bzw. die Induktion der Promotermethylierung konnten in humanen kardialen Fibroblasten durch Exposition gegenüber chronischer Hypoxie (1% O2) experimentell herbeigeführt werden. Pharmakologische Inhibition und der genetische Knockout (KO) von PLK2 gingen in vitro mit erniedrigter Proliferation aber gesteigerter Differenzierung in Myofibroblasten einher. PLK2-KO-Mäuse entwickelten im Gegensatz zu ihren Wildtyp-Geschwistertieren ausgeprägte Areale interstitieller ventrikulärer Fibrose. Dies spiegelte sich in einer ausgeprägten systolischen und Diastolischen Funktionsstörung des Herzens bei 4 Monate-alten PLK2 KO Tieren wider. Die Sekretomanalyse deckte eine de novo Sekretion von OPN in PLK2-KO-Fibroblasten auf. Im Einklang mit diesem Ergebnis konnten wir höhere OPN-Plasmaspiegel auch bei VHF-Patienten messen, die mit dem Vorhandensein von elektrophysiologisch bestimmten Fibrosearealen korrelierte. Abschließend konnte der p42/44-MAPK-Signalweg als Bindeglied zwischen erniedrigter PLK2-Expression und erhöhter OPN-Freisetzung identifiziert werden. Verminderte PLK2 Expression beziehungsweise Aktivität gehen mit einer gesteigerten Proteinexpression und Phosphorylierung von p42/44 MAPK einher. P42/44 MAPK wiederum stimuliert dann die OPN-Transkription. Folgerichtig führte die Inhibition von p42/44 MAPK zu einer signifikant verminderten OPN-Expression. Um die Allgemeingültigkeit des PLK2-Signalweges für die Entstehung von Fibrose zu erforschen, wurde ein dermales Modell strahleninduzierter Fibrose benutzt. Darin bestätigten sich zum einen die Beobachtungen, die am Herzen gemacht wurden, und zum anderen führte der Einsatz von Mesalazin in vitro zu einer reduzierten p42 MAPK- und SMAD2 / 3-Phosphorylierung und damit zu einer deutlich verringerten OPN- und αSMA-Expression. Fibroblasten von Patienten im permanenten Vorhofflimmern exprimieren weniger PLK2 als Fibroblasten aus SR-Kontrollpatienten. Der Verlust der physiologischen PLK2-Aktivität geht mit ausgeprägten Veränderungen der Proliferation und Differenzierung von Fibroblasten im Herzen einher. Diese Veränderungen begünstigen eine profibrotische Situation auf Gewebeebene, welche durch die lokale als auch systemische Erhöhung des Plasmaosteopontins weiter begünstigt wird. Die vorliegende Studie identifiziert erstmalig PLK2 als neuen Regulator der Fibroblastenfunktion und Fibrose. Gleichzeitig stellen die Wiederherstellung des physiologischen Methylierungstatuses des PLK2 Promoters oder die Inhibition von OPN mittels Mesalazin vielversprechende therapeutische Optionen im Kampf gegen die Fibrosierung des Herzmuskels dar. Die konkrete pharmakotherapeutische Umsetzbarkeit muss in künftigen Forschungsvorhaben überprüft werden.