Dokument: Die lösliche Guanylatcyclase als mögliches intraerythrozytäres Ziel im systemischen NO-Metabolismus
| Titel: | Die lösliche Guanylatcyclase als mögliches intraerythrozytäres Ziel im systemischen NO-Metabolismus | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=45417 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20180406-084507-0 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Deutsch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | Kramer, Christian Marc [Autor] | |||||||
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| Beitragende: | Prof. Dr. Dr. rer. nat. Cortese-Krott, Miriam [Gutachter] Prof. Dr. Schmitt, Lutz [Gutachter] | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik » 540 Chemie | |||||||
| Beschreibungen: | Die lösliche Guanylatcyclase (sGC) ist ein Rezeptor von Stickstoffmonoxid (NO) und vermittelt mit der Regulation von Blutdruck und Homöostase wichtige kardiovaskuläre Funktionen. Eine verminderte Aktivität der sGC (z.B. durch oxidativen Stress) oder eine verringerte Verfügbarkeit von NO spielen eine maßgebliche Rolle bei der Progression pathologischer Zustände, wie Bluthochdruck oder Atherosklerose. Erythrozyten waren bisher nur dafür bekannt, die Halbwertszeit von NO durch eine schnelle Reaktion mit (oxygeniertem) Hämoglobin zu verringern und NO-Metaboliten zu erzeugen, die vermeintlich keinen physiologischen Zweck erfüllen. Neuere Ergebnisse konnten aber zeigen, dass Erythrozyten unter hypoxischen Bedingungen an der Reduktion zu NO beteiligt sind und dieses exportiert oder auch intraerythrozytär wirken kann. Die Anwesenheit eines NO-Rezeptors wurde dabei kontrovers diskutiert und konnte nicht zweifelsfrei belegt werden, Änderungen des sekundären Botenstoffes cGMP könnten aber nichtkanonische Eigenschaften der Erythrozyten steuern (Verformbarkeit, Initiation des Abbaus gealterter Erythrozyten, Export von vasoaktiven Substanzen etc.). Die Zielsetzung dieser Studie bestand darin, dass „Schicksal“ von NO in Gefäßwand und Erythrozyten zu ermitteln. Dabei sollte untersucht werden, welche Aufgaben die Erythrozyten im systemischen NO-Metabolismus erfüllen, ob NO auch wieder exportiert werden kann und/oder intraerythrozytäre Zielproteine vorliegen. Des Weiteren sollte (anhand eines Mausmodells) untersucht werden, welche Auswirkungen eine chronische Adaption an oxidativen Stress auf die vaskuläre Funktion hat.
Die Hauptaussagen sind: 1. In einem murinen Modell, das durch genetische Defizienz des Transkriptionsfaktors Nrf2 (Nuclear factor (erythroid-derived 2)-like 2) eine chronische Adaption an oxidativen Stress darstellt, wurde ein erniedrigter systemischer Blutdruck gefunden, der im Rahmen dieser Studie durch eine kompensatorisch erhöhte Expression der eNOS erklärt werden konnte. 2. Erythrozyten nehmen durch Aufnahme von NO am systemischen NO-Metabolismus teil, ein Export von NO nach Hypoxie-induzierter Reduktion aus NO-Metaboliten konnte aber nicht beobachtet werden. Die direkte Addition von Spin Traps (Fe(DETC)2 oder Fe(MGD)2) zur Akkumulation von NO und Quantifizierung mittels Elektronenspinresonanz-Spektroskopie führte aus unbekannten Gründen zu einem (fast) vollständigen Verlust des Signals. Ein Zwei-Kammer-System zur räumlichen Trennung vom Ort der Freisetzung und des Trapping von NO wurde aber erfolgreich etabliert und kann für weitere Experimente verwendet werden. 3. Ein mögliches intraerythrozytäres Ziel stellt die sGC dar, die durch Verwendung mehrerer Methoden zweifelsfrei in der katalytisch aktiven Isoformzusammensetzung α1β1 identifiziert wurde (GC 1), während es keine Anhaltspunkte für die Anwesenheit einer α2 Untereinheit gab. Durch die pharmakologische Gabe von sGC-Stimulatoren, Aktivatoren, Inhibitoren und NO-Donoren wurden PDE-abhängige cGMP-Änderungen detektiert und die spezifische Aktivität mit 44 pmol/min/mg Protein bestimmt. Die Aktivierbarkeit der sGC war dabei in Erythrozyten von Patienten mit koronarer Herzkrankheit (KHK) vollständig konserviert. Die nachgeschaltete Aktivierung der Proteinkinase G (PKG) führte zur Phosphorylierung von Vasodilatator-stimuliertem Protein (VASP). Während es keine Hinweise für eine cGMP-abhängige Änderung der Erythrozytenverformbarkeit gab, zeigten erste Versuche im isoliert perfundierten Herzen nach Langendorff, dass die Stimulation der intraerythrozytären sGC (und Applikation dieser Erythrozyten in die Koronarien) zu einer signifikant verbesserten Funktion nach Ischämie und somit einer Kardioprotektion führte. Zusammenfassend darf gesagt werden, dass die intraerythrozytäre sGC möglicherweise eine neuartige Rolle im systemischen NO-Metabolismus spielt und nichtkanonische Funktionen regulieren könnte. Die genauen Mechanismen bieten die Grundlage weiterer Studien und könnten wichtige Ziele einer pharmakologischen Intervention darstellen.The soluble guanylate cyclase (sGC) is a receptor of nitric oxide (NO) and of high importance for cardiovascular functions including blood pressure regulation or homeostasis. Reduced activity of sGC (e.g. through oxidative stress) or diminished NO bioavailability play a role in progression of pathological conditions like high blood pressure or atherosclerosis. Erythrocytes were previously known to scavenge NO by a rapid reaction with haemoglobin and production of inert NO metabolites. However, more recent studies revealed that erythrocytes are involved in the reduction of these metabolites to NO under hypoxic conditions. It is unclear whether NO is exported or can react with intracellular targets, but the presence of an intraerythrocytic NO receptor has been questioned. It was shown that cGMP could modulate non-canonical functions of erythrocytes (deformability, removal of aged erythrocytes, export of vasoactive substances etc.). The aim of this study was to determine the “fate” of NO in vascular wall and erythrocytes and to clarify the role of erythrocytes in systemic NO metabolism, whether NO is exported from erythrocytes or if there are intracellular target proteins. Additionally, the role of NO in chronic adaptation of the vasculature to oxidative stress was investigated. The main findings are: 1. A mouse model of chronic adaptation to oxidative stress by genetic knockout of Nrf2 (Nuclear factor (erythroid derived 2)-like 2) showed a reduced systemic blood pressure, which was present due to compensatory elevated expression of eNOS. 2. Erythrocytes participated in NO metabolism by scavenging NO, but NO release after hypoxia-dependent reduction of metabolites to NO was not observed. Addition of spin traps (Fe(DETC)2 or Fe(MGD)2) for accumulation of NO and quantification by electron paramagnetic resonance spectroscopy resulted in an unknown loss of signal. A two-chamber system for separation of source and trapping of NO was established and could be used for further experiments. 3. An intraerythrocytic sGC was identified by different methods as α1β1-sGC (or GC 1), while there was no evidence of a α2 subunit. Pharmacological application of sGC stimulators, activators, inhibitors and NO donors showed PDE-dependent changes of intraerythrocytic cGMP levels and specific sGC activity was determined as 44 pmol/min/mg protein. The activity and responsiveness of erythrocytic sGC was fully conserved in patients with coronary artery disease. Downstream signaling led to activation of protein kinase G (PKG) and phosphorylation of vasodilator-stimulated phosphoprotein (VASP). cGMP-dependent changes of erythrocyte deformability could not be confirmed, but a model of isolated perfused hearts (Langendorff heart) revealed improved cardiac function after ischemia/reperfusion-injury, when sGC stimulated erythrocytes were applied during ischemia, pointing out a possible cardioprotective role of erythrocytes. In conclusion, the intraerythrocytic sGC may represent a novel target in NO metabolism and regulate non-canonical functions of erythrocytes. The detailed mechanisms of sGC activation and signal transduction need to be analysed in further studies and may be important targets for pharmacological intervention. | |||||||
| Lizenz: |  Urheberrechtsschutz | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Chemie | |||||||
| Dokument erstellt am: | 06.04.2018 | |||||||
| Dateien geändert am: | 06.04.2018 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 29.12.2017 | |||||||
| Datum der Promotion: | 26.03.2018 |
