Dokument: The role of the Arg1/eNOS/sGC pathway in red blood cells in vivo

Titel:	The role of the Arg1/eNOS/sGC pathway in red blood cells in vivo
Weiterer Titel:	Die Rolle des Arg1/eNOS/sGC Stoffwechselwegs in Erythrozyten in vivo
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=65631
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20240429-111532-2
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Heuser, Sophia Katharina [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 5,47 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 25.04.2024 / geändert 25.04.2024
Beitragende:	Prof. Dr. Dr. rer. nat. Cortese-Krott, Miriam [Gutachter] Prof. Dr. rer. nat. Gödecke, Axel [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften » 610 Medizin und Gesundheit
Beschreibungen:	Hintergrund und Hypothese: Die endotheliale Stickstoffmonoxid-Synthase (eNOS) exprimiert in Endothelzellen (EC) reguliert den Gefäßtonus und Blutdruck (BP) durch die Synthese von Stickstoffmonoxid (NO) und die nachfolgende Aktivierung von der lösliche Guanylatzyklase (sGC) und Proteinkinase G. Desweitere ist das Enzym Arginase 1 (Arg1) in ECs exprimiert und nutzt L-Arginin als Substrat, wie eNOS. Vor Kurzem wurde entdeckt, dass Erythrozyten (RBCs) auch eNOS exprimieren und zur BP-Regulierung beiträgt. Auch Arg1 und sGC ist in RBCs exprimiert. Diese Studie stellte die Hypothese auf, dass der Arg1/eNOS/sGC Stoffwechselweg in RBCs eine essenzielle Rolle in RBCs in vivo spielt. Ziel der Studie: Ziel dieser Studie war es, die Arg1/eNOS/sGC-Signalweg in RBCs in vivo mit Hilfe von transgenen Mausmodellen zu untersuchen. Die drei Hauptziele dieser Studie waren (1) die Analyse der NO-Signalübertragung in den ECs von EC-spezifischen Arg1 knock-out (KO)-Mäusen, (2) die Untersuchung der Rolle von RBC Arg1 durch die Erzeugung von RBC Arg1 KO-Mäusen und (3) die Untersuchung der Rolle der sGC in RBCs mittels RBC sGC KO-Mäusen. Methoden: Mithilfe des Cre/LoxP-Systems wurden EC- und RBC-spezifische Arg1 KO und RBC sGC KO-Modelle erstellt. Die Spezifität des Gen-Targetings wurde bestätigt durch Messung von mRNA-Expression und der Proteinlevel. Gefäßfunktion, systemische Hämodynamik und NO-Metaboliten wurden untersucht, und es wurden Blutbilder erstellt. Differenzierung von erythroide Vorläuferzellen und der Prozentuale Anteil von Retikulozyten wurde analysiert. Colony Forming Unit-Assays wurden in Knochenmark und Milz ausgeführt. Ergebnisse: Die zellspezifische Deletion des Zielgens wurde in allen drei Mauslinien erreicht. EC Arg1 KO-Mäuse zeigten eine reduzierte eNOS-Expression in der Aorta, welche weder die vaskuläre Funktion, den BP noch NO Metabolite beeinflusste. RBC Arg1 KO-Mäuse zeigten keine Veränderung der Gefäßfunktion, BP und der Erythropoese. RBC sGC KO-Mäuse hingegen zeigten eine verminderte Erythropoese im Knochenmark, Stress-Erythropoese in der Milz jedoch ein unverändertes Blutbild. Zusammenfassung und Schlussfolgerung: Die Studie zeigte, dass die Beziehung zwischen eNOS und Arg1 sowohl in EC wie auch in RBCs anderes ist als erwartet. Das Entfernen von Arg1 in EC oder RBCs hatte keinen positiven Effekt auf den Gefäßtonus oder den BP, auch die L-Arginin Bioverfügbarkeit wurde nicht verbessert. Jedoch beeinflusst Arg1 aus RBCs die Konzentration von NO-Metaboliten in RBC und Plasma. Arg1 exprimiert in erythroide Vorläuferzellen beeinflusst nicht die Erythropoese. Jedoch zeigte die Studie, das sGC in RBCs eine essenzielle Rolle in Erythropoese im Knochenmark, aber nicht in der Milz spielt. Background and hypothesis: Endothelial nitric oxide synthase (eNOS), expressed in endothelial cells (ECs), regulates vascular tone and blood pressure (BP) through the synthesis of nitric oxide (NO) and the subsequent activation of soluble guanylate cyclase (sGC) and downstream enzymes. Furthermore, the enzyme arginase 1 (Arg1) is expressed in ECs and uses L-arginine as a substrate, like eNOS. Recently, it was discovered that red blood cells (RBCs) also express eNOS, which contributes to the regulation of BP. RBCs also express Arg1 and sGC. This study hypothesized that the Arg1/eNOS/sGC pathway plays an essential role in RBCs in vivo. Aim of the study: The aim of this study was to investigate Arg1/eNOS/sGC in RBCs in vivo using transgenic mouse models. The three main goals of this study were (1) to analyze NO signaling in the ECs of EC-specific Arg1 knock-out (KO) mice, (2) to investigate the role of RBC Arg1 by generating RBC Arg1 KO mice, and (3) to investigate the role of sGC in RBCs using RBC sGC KO mice. Methods: EC- or RBC-specific Arg1 KO and RBC sGC KO mice models were generated using the Cre/LoxP system. The specificity of gene targeting was confirmed by measurement of mRNA expression of protein levels. Vascular function, systemic hemodynamics, NO metabolites, and blood counts were measured. The differentiation of erythroid progenitor cells and the percentage of reticulocytes were analyzed. Colony-forming unit assays were performed in the bone marrow and spleen of the mice. Results: Cell-specific deletion of the target gene was achieved in all three mouse lines. EC Arg1 KO mice showed reduced eNOS expression in the aorta and preserved vascular function, BP, or NO metabolites. RBC Arg1 KO mice showed no changes in vascular function, BP, or erythropoiesis. In contrast, RBC sGC KO mice showed decreased erythropoiesis in the bone marrow, stress erythropoiesis in the spleen, and preserved hematocrit. Summary and conclusion: This study showed that the relationship between eNOS and Arg1 is different than expected in both EC and RBCs. Removing Arg1 in EC or RBCs had no positive effect on vascular tone or BP, nor did it improve L-arginine bioavailability or cardioprotection. However, Arg1 from RBCs affects the levels of NO metabolites in RBCs and plasma. Arg1 expression in erythroid progenitor cells does not affect erythropoiesis. Finally, the study showed that sGC in RBCs plays an essential role in erythropoiesis in the bone marrow, but not in the spleen.
Lizenz:	Dieses Werk ist lizenziert unter einer Creative Commons Namensnennung 4.0 International Lizenz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät
Dokument erstellt am:	29.04.2024
Dateien geändert am:	29.04.2024
Promotionsantrag am:	23.08.2023
Datum der Promotion:	29.02.2024