Regulation und Funktion der NADPH-Oxidase 1 in pulmonalvaskulären glatten Muskelzellen aus Ratten im Modell der Monocrotalin-induzierten pulmonalen Hypertonie

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2012

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http://dx.doi.org/10.22029/jlupub-13776

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Pulmonale Hypertonie (PH) ist eine schwerwiegende Erkrankung der pulmonalarteriellen Gefäße und ist durch einen hohen mittleren pulmonalarteriellen Blutdruck charakterisiert. Die Krankheit steht in Verbindung mit einem Umbau der betroffenen Gefäße, dem sog. Remodeling. Dadurch wird das Lumen der Gefäße verringert, es kann zu einem Verlust von Gefäßen kommen und der Blutdruck steigt an. Obwohl kontrovers diskutiert, geht eine Hypothese davon aus, dass der Umbauprozess, unter anderem, durch die vermehrte Produktion von reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) ausgelöst werden kann, wodurch es in den Zellen der Gefäßwand zu oxidativem Stress kommt, der eine Dedifferenzierung, sowie eine unkontrollierte Migration und Proliferation von verschiedenen Zelltypen der Gefäßwand verursacht. Es ist bekannt, dass bei verschiedenen Formen der pulmonalen Hypertonie die pulmonalarteriellen glatten Muskelzellen (PASMC) wesentlich an dem genannten Gefäßumbau beteiligt sind, so dass es zu einer verstärkten Muskularisierung von bereits muskularisierten Gefäßen und einer de novo-Muskularisierung von nicht-muskularisierten Gefäßen kommt. Neben den Mitochondrien sind nicht-phagozytäre NADPH-Oxidasen eine mögliche Quelle der ROS-Produktion. Für die tierexperimentelle Erforschung von PH sind insbesondere zwei experimentelle Modelle etabliert: 1. Hypoxie-induzierte PH und 2. Monocrotalin (MCT)-induzierte PH.Jüngst konnte gezeigt werden, dass die ROS-Produktion der PASMC im Modell der Hypoxie-induzierten PH erhöht ist und dies zum Großteil auf die verstärkte Expression bzw. Aktivität von nicht-phagozytären NADPH-Oxidasen zurückzuführen ist. Im Modell der MCT-induzierten PH ist nicht bekannt, ob es zu einer vermehrten ROS-Produktion kommt und auch über die etwaige Quelle einer solchen ROS-Produktion gibt es in diesem Modell keine Erkenntnisse. Aufgrund dessen sollte im Rahmen der vorliegenden Arbeit untersucht werden, ob sich 1. auch im MCT-Modell der PH eine verstärkte ROS-Produktion durch PASMC beobachten lässt und 2. ob es zur Veränderung des antioxidativen Potentials der PASMC kommt. Darüber hinaus sollten 3. Ansatzpunkte erarbeitet werden, um die möglichen Quellen einer etwaigen ROS-Bildung und deren Effekt auf zelluläre Funktionen im MCT-Modell aufzudecken. In der vorliegenden Arbeit wurde daher der Einfluss von MCT auf die ROS-Produktion der PASMC von Rattus norvegicus untersucht. Außerdem galt das Interesse der Expression und Aktivität antioxidativer Enzyme, der Migration, Proliferation und Apoptose der PASMC, sowie den durch ROS beeinflussten Signalwegen. Untersucht wurden PASMC aus Tieren, bei welchen durch Monocrotalin eine PH induziert wurde und PASMC aus gesunden Kontroll-Tieren. Mit Hilfe von ESR-Spektroskopie und DHE-Färbung konnte eine Zunahme der intrazellulären Superoxidproduktion in MCT-PASMC gezeigt werden. Durch real-time PCR und western blot Analysen konnte einer erhöhte Expression von Nox1 nachgewiesen und mittels siRNA-Experimenten als Quelle der beschrieben Superoxidproduktion identifiziert werden. In folgenden Experimenten wurde Nox1 als Ursache für eine beschleunigte Proliferation und Migration von MCT-PASMC identifiziert. Die Proliferation unterlag einer Nox1-abhängigen Zunahme der Cyclin D1-Expression. Der Migration konnte kein Nox1-abhängiger Signalweg zugeordnet werden. Weiter konnte, basierend auf einer erhöhten Expression von Nrf2 und Sod2 zusammen mit der erhöhten Superoxid-Produktion, auf oxidativen Stress in MCT-PASMC geschlossen werden. Die Supprimierung von Nox1 führte zur Normalisierung der Nrf2-Expression, Sod2 zeigte eine deutliche Tendenz in Richtung einer verminderten Expression, jedoch nicht signifikant. Als potentieller Auslöser der gesteigerten Nox1-Expression in PASMC nach MCT-Behandlung wurde PDGF identifiziert, da PDGF-Stimulation zu einer Zunahme der Nox1-Expression in PASMC führte. Diese Befunde weichen von den Erkenntnissen im Modell der Hypoxie-induzierten PH deutlich ab, insofern anstelle von Nox4, Nox1 verantwortlich ist. Zumindest mit Bezug auf die hier untersuchten humanen Proben, konnten die Ergebnisse nicht auf die humane IPAH übertragen werden. Allerdings handelt es sich beim MCT-Modell, zumindest initial, um eine stark inflammatorisches Modell. Möglicherweise stellen die Ergebnisse somit ein grundlegendes Charakteristikum der Ausbildung von pulmonalen Hypertonien dar, welche mit inflammatorischen Erkrankungen assoziiert sind, bzw. generell von inflammatorischen Gefäßerkrankungen.Sollte sich die Übertragbarkeit dieses Postulats auf die humanen Erkrankungen bestätigen, wäre die vermehrte Produktion von Superoxidradikalen durch Nox1 in den PASMC ein möglicher Ansatzpunkt für eine Behandlung dieser Erkrankungen.

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