Einfluss von CGRP auf das Kontraktionsverhalten ventrikulärer Herzmuskelzellen

Abstract

In der Arbeit wurden zum einen Versuche an isolierten adulten Herzmuskelzellen durchgeführt, die eine detaillierte Analyse der maximalen Zellkontraktion und der Verkürzungsfraktion ermöglichten, desweiteren wurde mittels eines Langendorff Systems die Dynamik am schlagendem Herzen gemessen. Die zu untersuchenden Zellen wurden dazu je nach Protokoll entweder über Nacht (Ang II) oder für 2 Minuten mit den jeweiligen Substanzen inkubiert. Zur Übertragbarkeit der Befunde auf Herzmuskelzellen aus hypertrophierten Herzen wurden Kardiomyozyten aus spontan hypertensiven Ratten isoliert. Diese Ratten weisen eine druckinduzierte Myokardhypertrophie auf, welche wahrscheinlich auf einer Aktivierung des sympathischen Nervensystems, als auch des Renin-Angiotensin-Systems beruht. Die chronische Exposition mit Angiotensin II gilt als Teil der Dekompensation der Herzmuskelfunktion im Verlauf einer druckinduzierten Myokardhypertrophie. Anhand von Versuchen mit Angiotensin-Rezeptoren-Blockern oder Inhibitoren des Angiotensin-Konversionsenzyms (ACE) an SHR konnte eine lebensverlängernde Wirkung festgestellt werden. Diese Arbeit erbrachte neue Erkenntnisse über die Wirkung von CGRP. Es wurde ein konzentrationsabhängiger Effekt auf die Kardiomyozyten gemessen, wobei hohe Konzentrationen von CGRP zu einem positiv kontraktilen Effekt und niedrige zu einem negativ kontraktilen Effekt führten. Die anderen Peptide der Familie zeigten abweichende Ergebnisse. Während unter Amylin eine signifikant schlechtere Kontraktion gemessen wurde, führte Intermedin zu einer Zunahme der Zellverkürzung. Beim Inkubieren der Zellen mit Adrenomedullin ließen sich keine einheitlichen Effekte messen. Während sich eine signifikant bessere Kontraktion unter 0,5 Hz Stimulation und Zugabe von Adrenomedullin im Bereich von 1 pM bis 100 nM zeigte, konnte bei 1,0 Hz Stimulation keine Veränderung zur Kontrolle festgestellt werden. Es ließ sich auch ein negativ kontraktiler Effekt aufzeichnen, wenn man die Kardiomyozyten mit 2,0 Hz stimulierte. Bei den Versuchen mit SHR verursachte CGRP in allen Konzentrationen einen positiven kontraktilen Effekt in den Kardiomyozyten. Während bei Intermedin und Adrenomedullin sich nichts im Vergleich zu den Wistar Tieren änderte, wurden bei Amylin die negativen Effekte aufgehoben. Die Signaltransduktionswege der einzelnen Peptide wurden durch spezifische pharmakologische Hemmung untersucht. Es wurde daher Amylin mit L-NA und Intermedin mit H89 inkubiert, wobei sich keine Änderung der Effekte zeigte. Neue Erkenntnisse zeigten sich bei den Versuchen mit CGRP. Die Hemmung von Proteinkinase A durch H89 dämpfte die positiv kontraktile Wirkung und die Hemmung der NO Synthase Aktivität durch L - NA wandelte die negativ kontraktile Wirkung in einem positiv kontraktilen Effekt um. Interessante Ergebnisse brachten die Versuche mit Angiotensin II. Inkubierte man die Kardiomyozyten von Wistar und SHR mit Angiotensin II und gab dann Intermedin dazu, so wurden die Effekte von Intermedin aufgehoben. Bei dem gleichen Versuch mit Amylin konnte Angiotensin II keinen Einfluss auf die kontraktilen Effekte nehmen. Die frequenzabhängigen Verkürzungseffekte, ob positiv oder negativ unter Adrenomedullin alleine, konnten durch die Zugabe von Angiotensin II in jeweils signifikant positive Kontraktionsverkürzungen im Vergleich zur Kontrolle umgewandelt werden. Bei dem gleichen Versuch mit spontan hypertensiven Ratten kam es jedoch zu einem signifikant negativen Verkürzungseffekt. Verwendete man als Stimulans das Peptid CGRP, so führte eine vorherige Exposition der Kardiomyozyten mit Angiotensin II zu einem völligen Verlust der Reaktionsfähigkeit zu CGRP in den Herzmuskelzellen von normotonen und hypertonen Ratten. Diese Ergebnisse der Arbeit lassen eine weitere noch nicht erwähnte schützende Wirkung von Angiotensin Rezeptor Antagonisten auf das Herz erahnen. Es bleibt nun die Frage offen wie Angiotensin II seine Wirkung auf die Kardiomyozyten ausübt. Calcitonin gene-related peptide (CGRP)-a is expressed in heart ventricles in sensory nerves and cardiomyocytes. It modifies inotropism and induces ischemic preconditioning. This study investigated the effect of CGRP-a on the contractile responsiveness of isolated adult ventricular rat cardiomyocytes and the effect of angiotensin II (Ang II) or chronic hypertension on these effects. Cardiomyocytes were isolated and paced at 0.5 to 2.0 Hz. Cell shortening was recorded via a line camera with a reading frame of 500 Hz. CGRP-a exerted a dual effect on cardiomyocytes with a positive contractile effect at 10 nM and a negative contractile effect at 10 pM. CGRP-a(8-37), a CGRP receptor-1 antagonist, attenuated the positive contractile effect. H89, a PKA antagonist, converted the positive contractile effect into a negative contractile effect. The negative contractile effect was converted again back to a positive contractile effect in the presence of L-nitro arginine. Ang II caused a down-regulation of the receptor mRNA and attenuated both effects. In cardiomyocytes isolated from spontaneously hypertensive rats (SHR) the receptor binding protein RAMP2 was down-regulated on mRNA level and cells responded with a pure positive contractile response. In Langendorff preparations CGRP-a slightly reduced the rate pressure product in hearts from normotensive rats but it caused an increase in SHR. In conclusion this study shows that CGRP-a exerts dual effects on cardiomyocytes favouring the negative contractile effect at very low concentrations. Ang II attenuates CGRP-responsiveness and down-regulates the corresponding receptor. This effect is compensated in chronic pressure overloaded hearts and converted into a positive inotropism.