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Einfluss des Renin-Angiotensin-Aldosteron Systems auf die Migration und die parakrine Aktivität residenter kardialer Stammzellen

  • Herzinsuffizienz ist eine der häufigsten Ursachen für Morbidität und Mortalität weltweit. Zum jetzigen Zeitpunkt ist die Herztransplantation im fortgeschrittenen Stadium der Erkrankung der einzige kurative Therapieansatz. Durch den Einsatz von Stammzellen als Therapieoption der Herzinsuffizienz konnten in den letzten Jahren im Rahmen von tierexperimentellen und klinischen Studien zahlreiche vielversprechende Daten gewonnen werden. Ziel der Stammzelltransplantationen ist es, das geschädigte Gewebe zu ersetzen, die Gefäßneubildung zu induzieren und somit die kardiale Funktion aufrechtzuerhalten. Kardialen Stammzellen wird durch die Fähigkeit der Selbsterneuerung, Proliferation und der Differenzierung in spezialisierte Zelltypen ein großes Regenerationspotential zugeschrieben. Weiterhin wurde ein positiver Einfluss von kardialen Stammzellen auf die Gefäßneubildung mittels parakriner Effekte beschrieben. Obwohl durch die Transplantation von kardialen Stammzellen eine Regeneration des geschädigten Gewebes, z.B. nach einem Myokardinfarkt, beobachtet wurde, ist noch wenig über die genauen Wirkungsweisen der eingesetzten Stammzellen bekannt. Zudem bleibt unklar, welchen Einfluss eine Schädigung des Herzens auf die Stammzellen und ihre Funktion hat und welche Faktoren dabei eine Rolle spielen. Die Existenz von residenten kardialen Stammzellen konnte sowohl im tierischen als auch im humanen Herzen nachgewiesen werden. Jedoch ist bis heute nicht geklärt, warum der Pool an residenten kardialen Progenitorzellen nicht merklich zur Regeneration nach einer Schädigung beitragen kann. Die vorliegende Arbeit befasste sich daher mit der Untersuchung der Funktion muriner residenter kardialer Progenitorzellen, die positiv für das Stammzellantigen-1 (Sca-1) sind, unter physiologischen und pathophysiologischen Bedingungen. Hierfür wurde der Einfluss des Renin-Angiotensin-Aldosteron Systems (RAAS), welches entscheidend an der Entwicklung einer Herzinsuffizienz beteiligt ist, auf die Funktion Sca-1 positiver Zellen in vitro untersucht. Anschließend wurde der Einfluss pathophysiologischer Aldosteronkonzentrationen, wie sie im Rahmen einer Herzinsuffizienz nachweisbar sind, auf die sekretorische Aktivität der Sca-1 positiven Zellen bestimmt. Im Rahmen dieser Arbeit konnte erstmals gezeigt werden, dass die Komponenten des RAAS die Migrationsrate Sca-1 positiver Zellen dosis- und zeitabhängig beeinflussen, wobei vor allem pathophysiologische Konzentrationen von Aldosteron eine signifikante Steigerung der Migrationsrate der Sca-1 positiven Zellen bewirkten. Des Weiteren konnte eine Mineralokortikoidrezeptor-vermittelte Wirkungsweise des Aldosterons auf die Funktion der Sca-1 positiven Zellen festgestellt werden, welche durch den Einsatz der Aldosteron-Antagonisten Spironolakton und Eplerenon inhibiert wurde. Anhand der an Sca-1 positiven Zellen durchgeführten Sekretomanalysen konnte gezeigt werden, dass sich die sekretorische Aktivität kardialer Progenitorzellen unter physiologischen und pathophysiologischen Bedingungen unterscheidet. Pathophysiologische Stimuli führen zu einer erhöhten sekretorischen Aktivität kardialer Progenitorzellen. Die Analyse der sekretierten löslichen Faktoren deutet auf eine Beteiligung Sca-1 positiver Zellen an Reparatur- und Regenerationsprozessen mittels parakriner Mechanismen nach einer Schädigung hin. Die vorliegenden Ergebnisse zeigen, dass mit dem Mineralokortikoid Aldosteron ein Faktor identifiziert wurde, welcher zur Optimierung der Stammzelltherapie, z.B. im Rahmen einer Herzinsuffizienz, dienen kann. Weiterhin konnte in dieser Arbeit das Verhalten und die Funktion kardialer Progenitorzellen unter pathophysiologischen Bedingungen näher charakterisiert werden und mögliche Mechanismen aufgezeigt werden, über welche kardiale Stammzellen an Regenerationsprozessen beteiligt sein können.
  • Heart failure is a leading cause of morbidity and mortality worldwide and heart transplantation remains the only therapy for advanced heart failure at this moment. Cell- based therapies involving cardiac stem cells constitute a promising new therapy option for the replacement of lost tissue and the restoration of cardiac function by induction of new vessel formation. Cardiac stem cells exhibit the ability for self-renewal, proliferation and differentiation into specialized cell types and therefore are thought to have a great regenerative potential. Despite the observed beneficial effects after stem cell transplantation e.g. after myocardial infarction, the mechanisms by which the stem cells led to an improvement are still under debate. Furthermore, the influence of the surrounding milieu following injury on stem cell fate and function has to be elucidated. The present work investigated the behavior and function of murine resident cardiac progenitor cells, positive for the surface marker stem cell antigen-1 (Sca-1+), under physiological and pathophysiological conditions. For this purpose we investigated the influence of the renin-angiotensin-aldosterone system, which is a crucial mediator in progression of heart failure, on the function of Sca-1+ cells in vitro. Afterwards, the role of pathophysiological aldosterone concentrations on the secretory activity of Sca-1+ cells was determined. The present work showed for the first time an influence of the components of the renin-angiotensin-aldosterone system on the migration rate of Sca-1+ cells in a dose- and time-dependent manner at which pathophysiological aldosterone concentrations showed a significant increase in Sca-1+ cell migration. In addition, a mineralocorticoid-receptor mediated action of aldosterone on the function of Sca-1+ cells was shown, confirmed by inhibition of aldosterone action via aldosterone antagonist’s eplerenone and spironolactone. On the basis of analyzing the secretome of Sca-1+ cells we were able to show that the secretory activity of cardiac stem cells differed between physiological and pathophysiological conditions. The secretory activity was increased by pathophysiological stimuli and for that we hypothesized a potential role of Sca-1+ cells in regenerative processes following injury via paracrine mechanisms. The present results show that the mineralocorticoid aldosterone could be used to optimize stem cell therapy, e.g. in the scope of heart failure. Furthermore a characterization of the behavior and the function of cardiac stem cells under pathophysiological conditions were carried out and possible mechanisms by which cardiac stem cells can participate in regeneration of damaged tissue are pointed out.

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Metadaten
Author: Kristin Wenzel
URN:urn:nbn:de:gbv:9-002051-9
Title Additional (English):The influence of the renin-angiotensin-aldosterone system on the migration and paracrine activity of resident cardiac stem cells
Advisor:Prof. Dr. Stephan B. Felix, Prof. Dr. Jan-Peter Hildebrandt
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Date of Publication (online):2014/10/29
Granting Institution:Ernst-Moritz-Arndt-Universität, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät (bis 31.05.2018)
Date of final exam:2014/10/21
Release Date:2014/10/29
Tag:Renin-Angiotensin-Aldosteron System, Sekretom, kardiale Progenitorzellen, parakrine Wirkungsweisen
GND Keyword:Herzinsuffizienz, Vorläuferzelle, Zellmigration
Faculties:Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät / Zoologisches Institut und Museum
Universitätsmedizin / Klinik und Poliklinik für Innere Medizin
DDC class:500 Naturwissenschaften und Mathematik / 590 Tiere (Zoologie)