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Funktionelle Genomik der kardialen Schńdigung bei Hypertonie

 


Prof. Dr. Martin Paul

Teilprojektleiter

 

Prof. Dr. Martin Paul

 

Charite; Universitńtsmedizin Berlin / Campus Benjamin Franklin

Institut fŘr Klinische Pharmakologie und Toxikologie

Abteilung Klinische Pharmakologie

Hindenburgdamm 30

12200 Berlin

email:  paul@medizin.fu-berlin.de

Tel:       030-8445 1701

 

 


Im Rahmen dieses Projektes werden die molekularen Mechanismen und funktionellen Effekte des Renin-Angiotensin-Aldosteron-Systems (RAAS) und des Kallikrein-Kinin-Systems (KKS) untersucht. Unser Forschungsprogramm teilt sich in drei komplementńre Themenbereiche auf.

 

Thema 1

Rolle des zirkulierenden bzw. lokalen Aldosterons beim hypertensiven kardialen Schaden.

In zweifach transgenen Ratten die die Gene des humanen Renin und Angiotensinogens (dTGR) Řberexprimieren, konnten wir erfolgreich Genexpressionsprofile im Herzen und in CD4+-Zellen mit Hilfe von Mikroarrays analysieren. In der Vergangenheit haben wir in zwei Studien die Rolle des Mineralkortikoidrezeptors (MR) in diesem Modell untersucht (Mazak 2004) und behandelten die zweifach transgenen Ratten (dTGR) mit Spironolacton und Eplerenon. Beide MR-Blocker fŘhrten zu einer Verbesserung des renalen und kardialen Schadens (Abb.1).

 

 

 


Abb. 1 Schema des dTGR Rattenmodells


Abb. 1 Schema des dTGR Rattenmodells




In jŘngster Zeit haben wir verschiedene Studien in dTGR Ratten durchgefŘhrt, um die Rolle des Aldosteron Signalweges bei kardialen und renalen Schńden zu untersuchen (Fiebeler et al. 2005; Pilz et al. 2005 und Shagdarsuren et al. 2005) und bestimmten Genexpressionsprofilen bei dTGR Ratten die eine Kachexie und terminale Herzinsuffizienz entwickelten (Wellner et al. 2005).

 

 



Abb. 2 Bedeutung des Aldosterons bei Endorganschńden


Abb. 2 Bedeutung des Aldosterons bei Endorganschńden



Unsere Arrayexperimente zeigten, dass Gene der mitochondrialen Atmungskette und des Lipidkatabolismus in ihrer Expression reduziert wurden, wńhrend Gene die fŘr Transkriptionsfaktoren (CEBP-beta, c-fos, Fra-1), Koagulation, Remodeling/ Reparaturkomponenten (HSP70, HSP27, Hńmoxygenase), Immunsystem (Komplementkomponenten, IL-6), und fŘr metabolische Signaltransduktionswege differenziell exprimiert wurde. Eine Behandlung der doppeltransgenen Ratten (dTGR) mit Losartan verńnderte die Genexpressionsprofile zu denen die normalerweise bei Spragueu- Dawley Ratten beobachtet wurde.

 

 

Wir haben nun mit der Analyse von Ratten begonnen, die nach Myokardinfarkt und Adrenalektomie mit einem Aldosynthasehemmer behandelt wurden.

 

 


Referenzen:

 

1.    Brand-Herrmann SM, Kopke K, Reichenberger F, Schmidt-Petersen K, Reineke T, Paul M, Zidek W, Brand E. Angiotensi-nogen promoter haplotypes are associated with blood pressure in untreated hypertensives. J Hypertens. 2004 Jul;22(7):1289-97

 

2.    Tschope C, Spillmann F, Rehfeld U, Koch M, Westermann D, Altmann C, Dendorfer A, Walther T, Bader M, Paul M, Schultheiss HP, Vetter R. Improvement of defective sarcoplasmic reticulum Ca2+ transport in diabetic heart of transgenic rats expressing the human kallikrein-1 gene. FASEB J. 2004 Dec;18(15):1967-9.

 

3.    Baltatu O, Campos LA, Bader M. Genetic targeting of the brain renin-angiotensin system in transgenic rats: impact on stress-induced renin release. Acta Physiol Scand. 2004 Aug;181(4):579-84.

 

4.    Campos LA, Couto AS, Iliescu R, Santos JA, Santos RA, Ganten D, Campagnole-Santos MJ, Bader M, Baltatu O. Differential regulation of central vasopressin receptors in transgenic rats with low brain angiotensinogen. Regul Pept. 2004 Jul 15;119(3):177-82.

 

5.    Pompe S, Bader M, Tannert C. Stem-cell research: the state of the art. Future regulations of embryonic-stem-cell research will be influenced more by economic interests and cultural history than by ethical concerns. EMBO Rep. 2005 Apr;6(4):297-300.

 

6.    Wellner M, Dechend R, Park JK, Shagdasuren E, Al-Saadi N, Kirsch T, Gratze P, Schneider W, Meiners S, Fiebeler A, Haller H, Luft FC, Muller DN. Cardiac Gene Expression Profile in Rats with Terminal Heart Failure and Cachexia. Physiol Genomics. 2005;18:256-67.

 

7.    Fiebeler A, Nussberger J, Shagdarsuren E, Rong S, Hilfenhaus G, Al-Saadi N, Dechend R, Wellner M, Meiners S, Maser-Gluth C, Jeng AY, Webb RL, Luft FC, Muller DN: An aldosterone synthase inhibitor ameliorates angiotensin II-induced organ damage. Circulation 2005;111:3087-94

 

8.    H. Scholz, K.M. Kirschner. A role fort he Wilms┐ tumor protein WT1 in organ development. Physiology 20: 54-59, 2005.

 

9.    Kamkin A, Kiseleva I, Lozinsky I, Scholz H. Electrical interaction of mechanosensitive fibroblasts and myocytes in the heart. Basic Res Cardiol. 2005 Jul;100(4):337-345.

 

10. Pilz B, Shagdarsuren E, Wellner M, Fiebeler A, Dechend R, Gratze P, Meiners S, Feldman DL, Webb RL, Garrelds IM, Danser AHJ, Luft FC, MŘller DN: Aliskiren, a human renin inhibitor, ameliorates cardiac and renal damage in double transgenic rats. Hypertension 2005 in press.

 

11. Xu J, Carretero OA, Sun Y, Shesely EG, Rhaleb NE, Liu YH, Liao TD, Yang JJ, Bader M, Yang XP. Role of the B1 kinin re-ceptor in the regulation of cardiac function and remodeling after myocardial infarction. Hypertension. 2005 Apr;45(4):747-53.

 

12. Mazak I et al. Aldosterone potentiates angiotensin II-induced signaling in vascular smooth muscle cells.  Circulation 2004;109:2792-2800.

 

 


Thema 2

Kardioprotektive Mechanismen von Kikin in transgenen Ratten

Wir haben ein transgenes Rattenmodell etabliert, das das Gewebe-Kallikrein hauptsńchlich im Herzmuskel exprimiert und wir konnten zeigen, dass diese Tiere vor kardialer Hypertrophie und Fibrose geschŘtzt sind (Pinto et al. 2000, Tsch÷pe et al. 2004a, 2004b, 2005).

 

Zur weiteren Aufklńrung der Mechanismen, die an den kardioprotektiven Effekten des KKS beteiligt sind, haben wir ein transgenes Rattenmodell generiert, das den Kinen B2-Rezeptor hauptsńchlich in Kardiomyozyten Řberexprimiert (Abb. 3).

 

 



Abb.3. Charakterisierung der TGR(MLC2B2) Ratten


Abb.3. Charakterisierung der TGR(MLC2B2) Ratten



Diese Tiere zeigten eine stark erh÷hte Reaktion auf Bradykinin im Langendorff-Herz, eine verbesserte kardiale Funktion und waren auch vor diabetisch-induzierter LVH geschŘtzt (Abb. 4, Bader et al., bisher unver÷ffentlicht).

 

 


Abb.4 Kardiale Funktion in TGR(MLCB2) Ratten

Abb.4 Kardiale Funktion in TGR(MLCB2) Ratten




Wir haben begonnen, bei diesen Ratten LVH und kardiale Fibrose nach experimenteller Druck- (BPO) und VolumenŘberlastung durch äaortic bandingô bzw. aortocavalen shunt zu induzieren. Um eine hypertensive Herzerkrankung zu erzeugen, werden die Tiere derzeit mit hypertensiven  TGR (mRen)27) Ratten gekreuzt.

 

Bei doppelt transgenen Ratten werden der Blutdruck mittels Telemetrie und die LVH durch Echokardiographie, Morphologie und Genexpressionsanalysen bestimmt. Verńnderungen im kardialen Genexpressionsprofil durch die transgene ▄berexpression des B2 Rezeptors werden durch Mikroarray-Expressionsanalysen in unbehandelten TGR (MLCB2) Ratten und bei Tieren nach LVH-Induktion bestimmt, um die ädownstreamô Effektoren des Kallikrein-Kinin-Systems bei der Kardioprotektion zu bestimmen.  

 


Referenzen: 

 

1. Pinto YM et al., Increased kallikrein expression protects against cardiac ischemia. FASEB J. 2000;14, 1861-1863.

 

2. Tsch÷pe C et al, Improvement of defective sarcoplasmic reticulum Ca2+ transport in diabetic heart of transgenic rats expressing the human kallikrein-1 gene. FASEB J. 2004a;18,1967-1969.

 

3. Tsch÷pe C et al., Prevention of cardiac fibrosis and left ventricular dysfunction in diabetic cardiomyopathy in rats by transgenic expression of the human tissue kallikrein gene. FASEB J. 2004b;18, 828-835

 

4. Tsch÷pe C et al., Inhibition of intramyocardial inflammation, endothelial dysfunction and oxidative stress in experimental diabetic cardiomyopathy by transgenic activation of the kallikrein-kinin system. FASEB J.  2005, in press

 

 

 


Thema 3

Physiologische Genomik der Blutdruckvariabilitńt kardialer Schńden bei renovaskulńrem Hochdruck.

Wir konnten bereits zeigen, dass BPO einen starken Anstieg der Natriumexkretion hervorruft und eine frequenzabhńngige Hemmung des Renin-Systems bei frei laufenden Tieren hervorruft (Nafz et al. 2000). Dieser antihypertensive Effekt wird hauptsńchlich durch Verńnderungen der Plasma-Renin Aktivitńt, der renalen mRNA Menge, der renalen Proteinmenge und teilweise auch durch Verńnderungen des renalen Protein/mRNA Verhńltnisses hervorgerufen. Der letztere Effekt weist darauf hin, dass translationale Mechanismen eine bedeutende Rolle bei der BPO-abhńngigen Hemmung des Renin-Systems und dadurch auch bei den mit dem renovaskulńren Hochdruck zusammen hńngenden Endorganschńden, spielen.

 

Wir konnten gleicherma▀en zeigen, dass spezifische zellulńre Proteine mit dem 3`-UTR der Renin mRNA interagieren und somit einen Signalweg etablieren, der die in vivo Synthese des Renins reguliert.

 

 


Abb. 5: Zusammenhang zwischen Blutdruckschwankungen und Renin-Expression

Abb. 5: Zusammenhang zwischen Blutdruckschwankungen und Renin-Expression




Wir haben nun mit der Untersuchung begonnen, in welchem Umfang die BPO den kardialen Reninumsatz, als einen der Hauptdeterminanten der kardialen Hypertrophie und der kontraktilen Dysfunktion, moduliert und die kardiale Vaskulogenese (Wagner et al. 2002), sowie spezifische Zielgene die bei BPO differenziell exprimiert werden, beeinflusst oder induziert. Die Techniken der kontrollierten und transienten Ischńmie, BPO und verschiedener Grade der renovaskulńren Hypertension bei frei laufenden Ratten und Mńusen, wurden etabliert.

 

 



Abb. 6 Schema der Methode

Abb. 6 Schema der Methode



Wir haben mit der Untersuchung und Validierung der EinflŘsse neuer Kandidatengene fŘr kardiale Endorganschńden, der BPO und spezieller Formen der renovaskulńren Hypertension begonnen.    

 

 


Referenzen:

 

1. Wagner K et al. The Wilms' tumor suppressor Wt1 is expressed in the coronary vasculature after myocardial infarction. FASEB J. 2002;16(9):1117-9.

 

2. Nafz B et al. Antihypertensive effect of 0.1-Hz blood pressure oscillations

to the kidney. Circulation. 2000;101(5):553-7


 

 

 

 

 

Informationen zum Klinikum finden Sie unter:

http://www.charite.de/kliphatox/index_0.html

 


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