Pulmonalarterielle Hypertonie (PAH) ist eine schwerwiegende Erkrankung mit hoher Morbiditäts- und Mortalitätsrate. Der Verlauf dieser Krankheit ist charakterisiert durch ein umfassendes pulmonalvaskuläres Remodeling, sowie einen damit verbundenen erhöhten pulmonalarteriellen Blutdruck, Gefäßwiderstand, und den Verlust kleinerer pulmonalarterieller Gefäße. Betroffen sind alle Schichten der Gefäßwand, jedoch nehmen pulmonalarterielle glatte Muskelzellen eine primäre Rolle in diesem Prozeß ein. Patienten, die an PAH leiden, zeigen oft eine Störung des SMAD-Signalwegs. In Patienten mit familiärer PAH ist häufig eine Mutation des assoziierten BMP-Rezeptors 2 (BMPR2) nachzuweisen. Zusätzlich konnten in Patienten mit pulmonalarterieller Hypertonie deutlich erhöhte Aktivitäten des "Platelet-derived-Growth-Factor"- (PDGF-) Signalwegs, sowie der Phosphodiesterase-5 (PDE5) gemessen werden. Der PDE5-Inhibitor Sildenafil ist bereits eine etablierte Medikation für pulmonalarterielle Hypertonie und sorgt durch eine erhöhte Akkumulation von zyklischem Guanosinmonophosphat (cGMP) für eine Vasodilatation und eine Reduktion der Zellproliferationsrate. Im Vergleich hierzu gilt der PDGF-Rezeptor-Inhibitor Imatinib als neuartige, experimentelle Behandlung, die in ersten Tests bereits vielversprechende Ergebnisse zeigte. Ziel dieser Arbeit war die Untersuchung der molekularbiologischen, sowie physiologischen Auswirkungen der Kombinationsbehandlung dieser beiden Medikamente, insbesondere in Hinblick auf gemeinsame Auswirkungen auf den SMAD- ("MAD = Mothers against decapentaplegic gene; Sma = small body size protein) Signalweg, sowie die damit assoziierten Veränderungen in Zellzyklus, Proteinexpression, Proliferation und die damit verbundenen histologischen und physiologischen Veränderungen. Hauptobjekt dieser Arbeit waren pulmonalarterielle glatte Muskelzellen (PASMCs), da dieser Zelltyp eine zentrale Rolle in der Entwicklung einer PAH spielt. Mittels Thymidininkorporationsassay wurde durch eine Behandlung mit Sildenafil und Imatinib eine Reduktion der Zellproliferation nachgewiesen. Die Kombination beider Medikamente führte zu einem synergistischen Effekt auf diese Proliferationsreduktion. Anschließende Untersuchungen mit cGMP-Analoga zeigten, daß die Wirkung des Sildenafils auf die Zellproliferation durch die cGMP-abhängige Proteinkinase 1 (PKG) vermittelt wurde.Begleitet wurde diese Beobachtung durch eine Verringerung der Konzentration des Zellzyklusregulators Cyclin D1, was eine Unterbrechung des Zellzyklus bestätigt. Gleichzeitig lies die geringere Expression des Zellzyklusinhibitors p21 eine gleichzeitige Begünstigung der Apoptose der untersuchten Zellen vermuten. Untersuchungen der Proteinphosphorylierungen mittels Western Blot deckten auf, daß durch die Kombinationsbehandlung mit Sildenafil und Imatinib eine Zunahme der SMAD1/5/8-Aktivität stattfand, während die proliferations- und zellüberlebensfördernden Kinasen Proteinkinase B (AKT), extracellular-signal regulated Kinase (ERK) und Glykogen-Synthase-Kinase- (GSK-) 3&
#946; durch die Kombinationsbehandlung inaktiviert wurden. Zusätzlich konnte nachgewiesen werden, daß eine direkte Aktivierung mittels BMP4-Stimulation einen ähnlichen antiproliferativen Einfluß besitzt, wie eine Behandlung mit Sildenafil oder Imatinib. Das bedeutet, die verringerte Aktivität des SMAD-Signalwegs ist nicht nur ein Symtom von PAH, sondern im Umkehrschluß kann eine Aktivierung dieses Signalwegs auch den Krankheitsverlauf positiv beeinflussen. Die Untersuchungen an jungen Sprague-Dawley-Ratten deckten auf, daß vaskuläres Remodeling, welches 5 Wochen nach einmaliger Monocrotalin- (MCT-) Injektion durch histologische Präparation nachgewiesen wurde, verhindert werden konnte, indem die Tiere von Tag 21 bis Tag 35 nach der Injektion mit oral gegebenem Sildenafil und Imatinib (je 50mg/kg/d) behandelt wurden. Diese positiven Veränderungen gingen einher mit einer verstärkten Expression von BMPR2 und SMAD1/5/8 in den Gefäßwänden der mit Sildenafil und Imatinib behandelten Tiere, wobei eine Kombinationsbehandlung einen stärkeren Effekt zeigte als eine Behandlung mit Sildenafil oder Imatinib allein. In Begleitung hierzu bildeten so behandelte Tiere auch eine deutlich verringerte Rechtsherzhypertrophie aus und zeigten im Verhältnis zu MCT-behandelten Tieren einen signifikant verringerten rechtsventrikulären systolischen Druck und pulmonalvaskulären Widerstandsindex (PVRI), ohne daß der systemisch vaskuläre Widerstandsindex (SVRI) merklich beeinflusst wurde. Zusätzlich konnten in den Herzen dieser Tiere deutlich verringerte Zellteilungsraten durch Messung der Konzentration von Cyclin D1 mRNA und reduzierter Organstreß an Hand reduzierter Konzentration an schwere &
#946;-Kette Myosin-mRNA (Myh7-mRNA), gesteigerter Konzentration an schwere &
#945;-Kette Myosin-mRNA (Myh6-mRNA), sowie leicht verringerten Mengen der B-Typ natriuretischen Peptid-mRNA (BNP-mRNA) nachgewiesen werden. Diese Daten belegen, daß der SMAD-Signalweg im Krankheitsverlauf von PAH eine zentrale Rolle spielt und in Zukunft weitere Ansätze zu Behandlungsmöglichkeiten bietet. Obwohl noch viele Fragen zu klären sind, konnte in dieser Arbeit nachgewiesen werden, daß dieser Signalweg durch Behandlung mit Sildenafil und Imatinib aktiviert wird und diese Aktivierung den molekularen und physiologischen Krankheitsverlauf auf vielfache Weise positiv beeinflusst.
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