Die Rolle von Cytochrom c Untereinheit 4 Isoform 2 (Cox4i2) in der chronisch Hypoxie-induzierten pulmonalen Hypertonie

Abstract

Die Exposition gegenüber chronischer Hypoxie führt zu pulmonalem vaskulärem Remodeling und der Entwicklung einer PH. Unbehandelt kommt es zu chronischer Rechtsherzinsuffizienz und Rechtsherzversagen. Pulmonal-vaskuläres Remodeling ist gekennzeichnet durch Proliferation von pulmonal-arteriellen glatten Muskelzellen (PASMC). Mitochondrien scheinen in diesem Prozess eine wichtige Rolle zu spielen. Erst kürzlich wurde die lungenspezifische und Hypoxie-regulierte mitochondrialeCytochrom c Untereinheit 4 Isoform 2 (Cox4i2) als essentieller Bestandteil des O2-Sensormechanismus unter akuter Hypoxie identifiziert. Das Ziel dieser Arbeit war es daher die Funktion von Cox4i2 in der chronischen Hypoxie-induzierten PH zu untersuchen. Zusätzlich galt es die Interaktion zwischen Cox4i2 und dem Hypoxieinduzierbaren Faktor 1alpha (Hif-1alpha) zu untersuchen.PASMC wurden aus Wildtyp(+/+) Mäusen isoliert und für 36 Stunden in Normoxie (21% O2) oder einer hypoxischer Atmosphäre (1-6% O2) inkubiert. Das Maximum der Protein- und mRNA-Expression von Cox4i2 zeigte sich bei 1% O2. Ein ähnliches Expressionsmuster zeigte Hif-1alpha. Die Hif-1alpha-Stabilisation war in hypoxischen mPASMC von Cox4i2 knockout(-/-) Mäusen nicht verändert, jedoch war die Cox4i2 Proteinexpression infolge eines knockdowns von Hif-1alpha in mPASMC stark vermindert. In in vivo Experimenten mit Cox4i2-/- Mäusen und entsprechenden Cox4i2+/+ Mäusen, welche für 28 Tage entweder Normoxie (21% O2) oder Hypoxie (10% O2) exponiert wurden, konnte die Entwicklung einer PH mit einem ähnlichen Schweregrad in beiden Genotypen festgestellt werden. Dies gelang mittels hämodynamischer und echokardiographischer Messungen. Der Muskularisierungsgrad der kleinen Gefäße (20-70 mikrometer) war in Cox4i2-/- Mäusen gegenüber Cox4i2+/+ Mäusen leicht reduziert. Ein Proliferationsassay zeigte keinen Unterschied im Proliferationsverhalten. Zusammenfassend demonstriert diese Arbeit eine stark erhöhte Expression von Cox4i2 in chronischer Hypoxie in mPASMC, die Hif-1alpha abhängig war. Ein globaler knockout von Cox4i2 hatte nur einen geringen Einfluss auf das Hypoxie-induzierte pulmonal-vaskuläre Remodeling. Insgesamt sind weitere Untersuchungen zur Rolle von Cox4i2 in der chronischen Hypoxie-induzierten PH nötig.

Exposure of the pulmonary vasculature to chronic hypoxia results in pulmonary vascular remodeling and development of pulmonary hypertension (PH) ultimately leading to right heart failure and death. Mitochondria have been suggested to be involved in proliferation of pulmonary arterial smooth muscle cells (PASMC) underlying pulmonary vascular remodeling. Recently it was shown that the lung-specific and hypoxia-regulated mitochondrial protein cytochrome c oxidase subunit 4 isoform 2 (Cox4i2) is essential for acute oxygen sensing in pulmonary vasculature. We thus aimed to investigate the role of Cox4i2 in chronic hypoxia-induced PH. Additionally, we examined the interaction between Cox4i2 expression and cellular concentration of hypoxia-inducible factor 1alpha (Hif-1alpha), which is strongly involved in hypoxic signaling within the cell.PASMC were isolated from wild-type (WT) mice and incubated for 36 hours in normoxia (21% O2) or different degree of hypoxia (1-6% O2). The maximum of Cox4i2 protein and mRNA expression, as well as Hif-1alpha stabilization was detected at 1% O2. However, chronic hypoxia-induced Hif-1alpha stabilization was preserved in PASMC isolated from Cox4i2 knockout mice whereas Cox4i2 protein expression was diminished by knockdown of Hif-1alpha in WT PASMC. In vivo studies in Cox4i2 knockout or respective WT mice, which were exposed to normoxia (21% O2) or chronic hypoxia (10% O2) for 28 days, revealed that both strains developed PH to a similar degree as determined by hemodynamic measurements and echocardiography. The degree of muscularization of small pulmonary vessels (20-70 micrometer) was slightly reduced in Cox4i2 knockout mice compared to WT. However, there was no difference in hypoxia-induced proliferation of WT and Cox4i2 knockout PASMCs.This study demonstrates the prominent hypoxia-dependent regulation of Cox4i2 in isolated primary murine PASMCs. Furthermore, it suggests an underlying regulation by Hif-1alpha. However, global knockout of Cox4i2 showed only slightly reduced pulmonary vascular remodeling. The role of Cox4i2 in PASMC under chronic hypoxia needs to be further evaluated.