Der Einfluss eines NO-Defizits auf die Transkription profibrotischer Proteine in der Lunge

Abstract

Im Vorfeld dieser Studie war bereits bekannt, dass die Entstehung kardiovaskulärer Erkrankungen im Allgemeinen sowie diverser Lungenerkrankungen im Speziellen, durch einen Mangel an Stickstoffmonoxid (NO) begünstigt wird. Die exakte Rolle einer vorliegenden NO-Defizienz ist in diesem Kontext jedoch noch umstritten.Daher wurden in der hier vorliegenden Arbeit die Zusammenhänge zwischen NO-Defizienz, oxidativem Stress, Aktivität des Renin-Angiotensin-Aldosteron-Systems (RAAS), Zusammensetzung der EZM sowie der Funktionen des pulmonalen PTHrP-Systems eingehend untersucht. Dazu wurden zwei unterschiedliche Tiermodelle der NO-Defizienz miteinander verglichen. Die Effekte einer reduzierten NO-Bioverfügbarkeit mittels medikamentöser Applikation von L-NAME in Ratten wurden denen in eNOS-defizienten Mäusen (eNOS-knockout) gegenübergestellt.Im Fokus standen insbesondere die Gen- und Proteinexpression: i) der endothelialen NOSynthase (eNOS), ii) NADPH-Oxidase-assoziierter Marker des oxidativen Stresses (p22phox, NOX2, p47phox und p67phox) sowie entsprechender Detoxifikationsenzyme aus der Gruppe der Superoxiddismutasen (SOD-1, SOD-2, SOD-3), iii) des Fibrose-mediators TGF-beta1 und ausgewählter Fibrosemarker (Elastin, Collagen-1), iv) der Orni-thindecarboxylase (ODC) als Marker für Zellproliferation sowie v) spezifischer Marker des PTHrP-Systems als Marker für physiologische Lungenentwicklung und alveoläre Homöostase (PTHrP, PTH-1-Rezeptor, ADRP, PPARgamma). Die molekularbiologischen Analysen wurden mittels real-time RTPolymerasekettenreaktion und Western Blot durchgeführt.Es zeigte sich, dass das L-Arginin-Analogon L-NAME ein NO-Defizit induziert, welches zu Expressionsveränderungen in pulmonalem Gewebe führt, die wiederum auf Proteine des oxidativen Stresses (SOD-2) und der EZM (TGF-beta1) einwirken. Dies scheint unter Beteiligung des RAAS zu erfolgen.Wir konnten in diesem Zusammenhang nachweisen, dass eine Induktion des pulmonalen PTHrPSystems, unter L-NAME vermittelter NO-Defizienz, pulmonales Gewebe nicht vor der Induktion profibrotischer Proteine schützt. Dies erscheint als Neuentdeckung, da im Vorfeld dieser Studie bereits mehrfach für das pulmonale PTHrP-System ein protektiver Effekt in Bezug auf fibrotische Anpassungsvorgänge der Lunge beschrieben wurde. Profibrotische Prozesse in der Lunge wurden in unserer Studie dagegen wirksam durch das SOD-Mimetikum Tempol begrenzt. In previous studies nitrogen monoxide (NO) deficiency has been demonstrated to be a substantial contributive factor in the development of cardiovascular diseases in general and pulmonary diseases in particular. However, the precise effect of an existing NO deficiency in this context is still discussed controversially.The aim of the study at hand was to investigate the connection between NO deficiency, oxidative stress, activity of the renin-angiotensin system, the composition of the extra-cellular matrix as well as the function of the PTHrP system. On that point we examined and compared two different animal models of NO deficiency, in which NO bioavailability in rats was reduced by drug administration (L-NAME) and compared to eNOS-deficient mice. The focus of the investigation was set on i) the endothelial NO-Synthase (eNOS), ii) NADPH-Oxidase associated markers of oxidative stress (p22phox, NOX2, p47phox and p67phox) as well as enzymes of detoxification belonging to the group of superoxide-dismutase (SOD-1, SOD-2, SOD-3), iii) the profibrotic cytokine TGF-ß1 and further selected mediators of fibrosis (elastin, collagen-1), iv) the ornithine decarboxylase (ODC) as marker of cell proliferation, v) the PTHrP system as indicator of physiological lung development and alveolar homeostasis (PTH-1, PTH-1R, ADRP, PPARgamma). The analysis of the gen and protein expression was performed by real-time quantitative PCR and Western Blot.This study revealed that the L-arginine-analog L-NAME induces a NO deficiency, which leads to an alteration of the genexpression in the pulmonary tissue causing an impact on the proteins of oxidative stress (SOD-2) and of the extracellular matrix (TGF-beta1). This process further seems to involve the RAS (renin-angiotensin-system).In this context we demonstrated, that an induction of the pulmonary PTHrP system, under L-NAME mediated NO deficiency does not prevent the induction of profibrotic proteins in pulmonary tissue. The perception of a protective effect of the PTHrP system on the lung as described in previous studies was not substantiated in our study. However, profibrotic processes in the lung were diminished effectively by the SOD-mimetic Tempol.