Dokument: Die gewebespezifische endotheliale NO-Synthase ist der Keyplayer in durch Scherkräfte vermittelter kardiovaskulärer Protektion durch körperliches Training

Titel:	Die gewebespezifische endotheliale NO-Synthase ist der Keyplayer in durch Scherkräfte vermittelter kardiovaskulärer Protektion durch körperliches Training
Weiterer Titel:	The tissue specific endothelial NO-Synthase is a key player in exercise induced cardioprotection
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=54220
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20200921-110632-1
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Deutsch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Hutzler, Beate [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 3,95 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 16.09.2020 / geändert 16.09.2020
Beitragende:	Prof. Dr. Dr. rer. nat. Cortese-Krott, Miriam [Gutachter] Prof. Dr. Gödecke, Axel [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Hintergrund: Moderate physische Aktivität ist der Schlüsselpunkt primärer und sekundärer Präventionsstrategien kardiologischer Erkrankungen. Klinische Studien zeigten, dass reguläres körperliches Training die kardiale Funktion verbessert, den Ruhepuls und Blutdruck senkt und protektiv gegen einen akuten Myokardinfarkt wirkt. Wissenschaftliche Studien zeigten weiterhin, dass der durch physische Aktivität induzierte Scherstress zu einer Aktivitätssteigerung der endothelialen NO-Synthase (EC NOS3) führt und damit zu einer erhöhten NO-Produktion, welche ein wichtiger Aspekt des vaskulären Tonus, der systemischen Hämodynamik und der Kardioprotektion ist. Die NOS3 ist jedoch nicht nur in den Endothelzellen exprimiert sondern u.a. auch in Erythrozyten (RBC NOS3). Die gewebespezifische Rolle der NOS3 in durch körperliches Training induzierter Kardioprotektion ist bis jetzt jedoch unbekannt. Ziel: Das Ziel dieser Studie war es, die Rolle der EC und RBC NOS3 in adaptiven Mechanismen an physische Bewegung und die daraus resultierende Kardioprotektion zu untersuchen. Material & Methoden: Globale NOS3 Knockout (KO) Mäuse, RBC NOS3 KO Mäuse, EC NOS3 KO Mäuse und die dazugehörigen Kontrolllinien, welche NOS3 global exprimieren, wurden 4 Wochen einem freiwilligen Laufradtraining bzw. einer sesshaften Haltung unterzogen. Veränderungen der anatomischen und hämatologischen Parameter wurden mittels Blutbildanalyse, Ektazytometrie, Echokardiographie und Messung der Fluss-mediierten Vasodilatation (FMD) ermittelt. Die Infarktgröße des Risikoareals wurde nach einer 45 min. Ligatur der proximalen linken Koronararterie und 24 h Reperfusion mittels TTC-Färbung analysiert. NO-Metabolite der trainierten und untrainierten EC NOS3 KO Mäuse wurden mittels CLD, Thiole und Nukleotidphosphate mittels UPLC-QToF gemessen. Ergebnisse: Die globale und endotheliale Depletion der NOS3 reduzierte signifikant die Laufdistanz der Mäuse. Das Trainingsprotokoll führte in den global kompetenten NOS3 Kontrollmäusen, sowie in den RBC NOS3 Mäusen zu Veränderungen in den anatomischen Parametern (reduziertes Körpergewicht, erhöhtes Herz-/Körpergewicht-Verhältnis und ein erhöhtes Muskel- Körpergewicht-Verhältnis). In den EC NOS3 KO und in den globalen NOS3 KO Mäusen ist keine FMD vorhanden. Weiterhin zeigten die Kontrollmäuse sowie die RBC NOS3 KO Mäuse eine signifikant reduzierte Infarktgröße nach dem freiwilligen Laufrad- IX Training, jedoch nicht die EC NOS3 KO und globalen NOS3 KO Mäuse. Das Blutbild und die Viskosität blieben nach dem Training unverändert. Globale und EC NOS3 KO Mäuse zeigten eine erhöhte RBC-Flexibilität nach physischer Aktivität bzw. auf dem Basallevel. EC NOS3 KO Mäuse zeigten weiterhin im untrainierten Zustand eine verringerte NO-Bioverfügbarkeit, welche jedoch durch physische Aktivität kompensiert wird. Zusätzlich führte die Depletion der EC NOS3 zu einem verminderten totalen GSH-Pool. Ebenfalls zeigten untrainierte EC NOS3 KO Mäuse eine erhöhte Adenosinkonzentration im Herzen gegenüber untrainierten CTRL und eine erhöhte AMP-Akkumulation in trainierten Mäusen im Plasma. Zusammenfassung und Schlussfolgerung: Die EC NOS3 KO Mäuse zeigten starke Limitierungen in der Leistungskapazität, den kardialen und vaskulären Adaptionen sowie der Trainings-induzierten Kardioprotektion, jedoch nicht die RBC NOS3 KO Mäuse. Folglich ist der vaskuläre NOS3 Signalweg die Schlüsselrolle in den NOS3-abhängigen vorteilhaften Effekten moderater physischer Aktivität auf das kardiovaskuläre System. Mögliche Ursachen für die Leistungslimitierung aufgrund der NOS3 Depletion in EC sind hierfür eine reduzierte Redoxkapazität und ein verminderter ATP-Metabolismus. Der verminderte NO-Pool stieg nach dem Training, welches auf eine Kompensation durch noch unbekannte Mechanismen hindeutet. Insgesamt zeigen die Daten, dass die vaskuläre NOS3 eine Hauptrolle in der durch Training induzierten Kardioprotektion spielt. Die EC NOS3 steht ebenfalls im Zusammenhang mit der Redox-Kapazität und dem Energiemetabolismus und bietet somit neue Ansätze für Therapien kardiovaskulär Erkrankter. Background: Moderate exercise training is a key aspect of primary and secondary prevention strategies of cardiac diseases. Clinical studies showed that regular exercise training improves cardiac function, reduces resting heart rate and blood pressure and protects against acute myocardial infarction. Basic science studies demonstrate that exercise-induced shear stress upregulates vascular endothelial NO-synthase (NOS3) and increases NO production, an important determinant of vascular tone, systemic hemodynamics and cardioprotection. NOS3 is expressed not only in endothelial cells (ECs), but also in red blood cells (RBCs). However the tissue specific role of NOS3 in exercise-induced changes of cardiac function and cardioprotection is unknown. Aim: The aim of this study was to elucidate the role of vascular and RBC NOS3 in cardiovascular effects of moderate exercise training and cardioprotection. Materials & Methods: Global NOS3 knockout (KO) mice, RBC NOS3 KO mice, EC NOS3 KO mice and their corresponding controls global competent for NOS3 were subjected to 4 weeks of voluntary wheel running or sedentary housing. Changes in anatomical and hematological parameters and cardiac and vascular function were assessed by blood count analysis, ektacytometry, echocardiography and measurement of flow mediated dilation (FMD). Infarct size per area at risk was determined in exercised and sedentary mice after 45 min of left descending artery ligation (LAD) and 24 h of reperfusion by TTC staining. In untrained and trained EC NOS3 KO mice NO-metabolites were measured by CLD. Thiols and nucleotide phosphates were measured by UPLC QToF. Results: The global and EC-specific loss of NOS3 significantly decreased mean running distance in mice. Voluntary running was efficient in WT mice, control littermates and RBC NOS3 KO mice as evident by changes of anatomical parameters: bodyweight (BW), HW/BW (heartweight/BW ratio) and soleus weight to BW ratios. In contrast, exercise had little effect on HW/BW ratio in EC and global NOS3 KO mice. No FMD was found in global and EC NOS3 KO mice. Furthermore, control mice and RBC NOS3 KO mice but not global and EC NOS3 KO mice have a significantly reduced infarct size after voluntary running. No exercise-induced changes in blood count parameters and viscosity were measured in all studied strains. RBC deformability was increased in EC NOS3 and global NOS3 KO mice at baseline or after exercise, respectively. EC NOS3 KO mice showed at baseline a reduced NO-bioavailability. VII That is compensated by exercise. Furthermore the depletion of vascular NOS3 leads to a decreased total GSH-pool. Finally EC NOS3 KO mice showed an increased adenosine production at baseline in the heart and an increased AMP accumulation during physical activity in plasma compared to CTRL littermates. Conclusion: Taken together, EC NOS3 KO mice show strong limitations in exercise capacity, a lack of cardiac and vascular adaptation to exercise and a loss of exercise-induced cardioprotection against ischemia / reperfusion (I/R) injury, but not RBC NOS3 KO. Thus, the vascular NOS3 pathway is likely the key player in NOS3-dependent beneficial effects of moderate physical activity on the cardiovascular system. At the cellular level EC NOS3 KO mice showed decreased NO-metabolites, a reduced redox capacity and a limited ATP- metabolism. Nevertheless the NO-metabolites seem to be compensated by exercise. The EC NOS3 plays a major role in cardioprotective effects induced by exercise and is connected to the redox capacity and energy metabolism, allowing a target for new therapeutic strategies against cardiovascular diseases.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät
Dokument erstellt am:	21.09.2020
Dateien geändert am:	21.09.2020
Promotionsantrag am:	03.03.2020
Datum der Promotion:	23.07.2020