Einfluss der Stimulation kardialer kappa-Opioidrezeptoren auf die Kontraktion isolierter, elektrisch stimulierter Kardiomyozyten der Ratte unter Berücksichtigung der Signaltransduktion über Stickstoffmonoxid-Synthasen

Abstract

Opioide und Opioidpeptide spielen eine große Rolle im kardiovaskulären System. Sowohl systemisch als auch lokal können sie die Arbeit des Herzens beeinflussen. Die Stimulation des kappa-Opioidrezeptors, einer der drei am Herzen nachgewiesenen Opioidrezeptoren, induziert kardiogene Arrhythmien und führt zu einer Abnahme der Kontraktilität der Herzzelle. Dieses Wissen ist möglicherweise für die weitere Forschung im Bereich der Herzinfarktprophylaxe interessant. Bislang war bekannt, dass in den Signaltransduktionsweg des kappa-Opioidrezeptors ein Pertussis-Toxin (PTX) sensitives G-Protein, Phospholipase C (PLC), Proteinkinase C (PKC) und Inositol-1,4,5-trisphosphat (IP3) involviert sind. Auch Veränderungen von cAMP-Konzentrationen und der Calcium-Hämöostase spielen eine Rolle. Da nachgewiesen worden war, dass PKC in einigen Fällen das Enzym Stickstoffmonoxid-Synthase (NOS) aktiviert und dass NO-Donatoren ähnlich wie kappa-Opioidrezeptor-Agonisten eine negative Inotropie des Herzens hervorrufen, lag es nahe zu prüfen, ob Stickstoffmonoxid (NO) in den Bereich des Signalnetzwerkes unterhalb des kappa-Opioidrezeptors involviert ist.Isolierte Herzmuskelzellen von Wistarratten wurden hinsichtlich der Änderung ihres Kontraktionsverhaltens während kappa-Opioidrezeptor-Stimulation durch (-)-U50,488 mit und ohne Zusatz des NO-Synthase-Inhibitors L-NAME getestet. Daneben wurden Kontrolluntersuchungen ohne kappa-Opioidrezeptor-Stimulation durchgeführt. Dabei zeigte sich, dass L-NAME die Wirkung des kappa-Opioidrezeptor-Agonisten vollständig aufhob. Durch Verwendung des inaktiven Enantiomers des NO-Synthase-Hemmers D-NAME wurden unspezifische Effekte ausgeschlossen. Diese Ergebnisse sind ein Hinweis dafür, dass NO innerhalb der Signalkaskade des kappa-Opioidrezeptors eine Rolle spielt. Um zu untersuchen, wie die Wirkung von Stickstoffmonoxid vermittelt wird, wurde nach dem klassischen Mediator von NO, der löslichen Guanylylcyclase, geforscht. ODQ, ein Guanylylcyclasen-Inhibitor, fand daraufhin Anwendung. Es stellte sich heraus, dass ODQ keinen Einfluss auf die Wirkung von (-)-U-50,488 hat. Die lösliche Guanylylcyclase spielt somit keine Rolle innerhalb des Signaltransduktionsweges des kappa-Opioidrezeptors. Als Alternative kommen cGMP-unabhängige Effekte in Frage, z. B. die Bildung von Peroxynitrit, das in hohen Konzentrationen bis zum Zelltod führen kann oder die Bildung von H2O2, das ähnliche Zelleffekte wie die kappa-Opioidrezeptor-Stimulation hervorruft. Ein direkter Einfluss von NO, vermittelt durch kappa-Opioidrezeptor-Stimulation, auf die Hemmung der Atmungskette und auf die Veränderung der Calciumkanäle müssten in gesonderten Arbeiten genauer untersucht werden. Opioids and opioid peptides play a big role in the cardiovascular system. Stimulation of the one of the three opioid receptors in the heart induces cardiac arrhythmias and decreases cardiomyocytes contraction.These facts seem to be interesting for further investigation in cardioprotection. The signal transduction pathway includes a pertussis toxin-sensitive G protein, phospholipase C (PLC), proteinkinase C (PKC) and inositol 1,4,5-trisphosphate (IP3). Besides, changes in [Ca2+]i and cAMP concentration are described. It has been shown that PKC activates the enzyme nitric oxide Synthase (NOS). Nitric oxide (NO) donors display similar time dependent effects on contractile response in isolated rat ventricular cardiomyocytes compared to that exerted by kappa-opioid receptor agonists.It is evident that nitric oxide may be involved in the signal transduction pathway of the kappa-opioid receptor. Therefore the influence of the NOS inhibitor L-NAME was investigated concerning the effects of the kappa-opioid receptor agonist (-)-U-50,488 on contractile response at first in the absence of isoprenaline. While pretreatment of cardiac myocytes with the NOS inhibitor L-NAME did not affect basal contractile response, the effect of (-)-U-50,488 contraction amplitude was reduced completely. To exclude unspecifically effects D-NAME, an inactive enantiomer of the NOS inhibitor was tested in isolated cardiomyocytes. This substance had no significant influence on the effect (-)-U-50,488. Therefore, these results indicate that the diminution of contractile response by (-)-U-50,488 is mediated via a NOS.The mechanism, by which NO could produce this effect, had to be researched. The classic mediator of NO is the soluble guanylyl cyclase (sGC) increasing cGMP levels. The effects of the potent and highly selective inhibitor of sGC ODQ in the presence of (-)-U-50,488 were studied. Pretreatment of cardiomyocytes with ODQ had no significant influence on contractile response. These results lead us to the conclusion that soluble guanylyl cyclase is not involved in the signal pathway of the kappa-opioid receptor.cGMP independent effects could be an alternative; for example: the production of peroxynitrite which can - when produced in a high amount - destroy the cells; H2O2 , which causes similar cell effects like the kappa-opioid receptor-stimulation.A direct effect of NO through the inhibition of mitochondrial respiration and the change of calcium channels have to be researched in further investigations.