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Schutz vor Reperfusionsschaden durch Bradykinin und Adenosin nach akutem Myokardinfarkt

  • Der akute Myokardinfarkt ist die häufigste Todesursache in den Industrieländern. Um die Spätfolge Herzinsuffizienz so gering wie möglich zu halten, ist eine schnelle Wiederherstellung des koronaren Blutflusses entscheidend. Dieser gewünschten Reperfusion wird jedoch eine zusätzliche Schädigung des Myokardgewebes zugeschrieben. Durch kurze Intervalle von Ischämie und Reperfusion nach Wiederöffnung des Koronargefäßes konnte die Infarktgröße drastisch gesenkt werden, so dass dieses als ischämische Postkonditionierung bezeichnete Verfahren, hohes Potential zur Reduktion der Myokardschädigung nach einem Infarkt bietet. Für den klinischen Einsatz erweist sich dieses Verfahrens jedoch als technisch aufwendig, so dass der Wunsch nach pharmakologischen Ansätzen zu Beginn der Reperfusion steigt. Die vorliegende Arbeit befasste sich daher mit der Untersuchung möglicher kardioprotektiver Substanzen und der Charakterisierung wichtiger Elemente der zugrunde liegenden Signalkaskade. Hierfür wurde in dem Modell der ex vivo perfundierten Rattenherzen die kardioprotektive Wirkung des endogenen Mediators Bradykinin während der Reperfusion und die mögliche Beteiligung des EGF-Rezeptors untersucht. In einem kardiomyozytenbasierten Zellmodell, bei dem HL-1-Zellen mit den Kalziumionophor Calcimycin gestresst wurden, sollte die Beteiligung wichtiger Signalelemente bestätigt werden. Zur Charakterisierung der Rolle der Adenosinrezeptoren während der Reperfusion wurde ein in vivo Maus Modell etabliert, welches die Untersuchung der Infarktgröße im Tier erlaubt. Hierfür wurden selektive Adenosinrezeptoragonisten und -antagonisten sowie CD73-/- Mäuse, die kein endogenes Adenosin durch die 5’-Ektonukleotidase (CD73) bilden können, verwendet. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass Bradykinin während der Reperfusion zu einer signifikanten Reduktion der Infarktgröße führt und dass dieser Schutzmechanismus von einer Transaktivierung des EGF-Rezeptors und der survival Kinase Akt abhängig ist. Des Weiteren konnte sowohl bei den Infarktgrößen als auch im zellbasierten Modell eine Beteiligung der MMP-8 bei der Transaktivierung des EGF-Rezeptors nachgewiesen werden. Anhand des in vivo Maus Modells konnte gezeigt werden, dass der durch die ischämische Postkonditionierung vermittelte Myokardschutz durch den selektiven A2bAR Antagonisten MRS1754 aufgehoben werden konnte und dass eine Aktivierung des A2bAR durch den selektiven A2bAR Agonisten BAY60-6583 während der Reperfusion zu einer Senkung der Infarktgröße führt. Des Weiteren konnte mit Hilfe der CD73-/- Mäuse und unter Verwendung von selektiven Adenosinrezeptoragonisten und -antagonisten gezeigt werden, dass bei fehlendem extrazellulärem Adenosin kein Schutz durch eine ischämische Postkonditionierung, dem selektiven A2bAR Agonisten BAY60-6583 oder dem A2aAR Agonisten CGS21680 erzielt werden kann, sondern dass nur die gleichzeitige Aktivierung von A2aAR und A2bAR zum Schutz des Herzens vor Reperfusionsschäden führt. Die vorliegenden Ergebnisse zeigen mögliche Ansätze für pharmakologische Interventionen zur Behandlung des akuten Myokardinfarkts auf. Die Verwendung von Agonisten zur Aktivierung von G-Protein gekoppelten Rezeptoren rückt damit immer mehr in den Vordergrund für mögliche klinische Ansatzpunkte.
  • Acute myocardial infarction is a major cause of death in industrialized countries. A rapid restoration of blood flow is very important to minimize the late effect heart failure as much as possible. This reperfusion seems to have potential to induce additional damage of myocardial tissue. Brief periods of ischemia and reperfusion applied at the onset of reperfusion could reduce the infarction. This so called ischemic postconditioning indicates high potential for interventions against myocardial injury, but the extensive technique is not fully useful for clinical use. Therefore pharmacological therapies at the onset of reperfusion are increasingly in the focus. The purpose of the study was to examine possible cardioprotective drugs mimicking the protection afforded by postconditioning and to characterize components of their signalling pathway. In an ex vivo perfused rat heart model the cardioprotective effect of the endogen mediator Bradykinin (BK) given at reperfusion was tested and whether it’s effect is dependent on EGF-receptor (EGFR) activation. Furthermore, a cell model mirroring the detrimental calcium increase happening at reperfusion was used to confirm important steps in the signalling. Finally, the role of adenosine receptors (AR) during reperfusion was addressed. An in situ mouse model of infarct size was established. Highly selective AR agonists and antagonists, as well as genetically-altered mice lacking CD73, which are incapable to produce a large amount of adenosine during ischemia, were used. It could be shown that BK given at reperfusion significantly reduces infarct size in isolated rat hearts and this protection depends on EGFRs and the survival kinase Akt. Moreover, BK also protects in a cell model of calcium-induced mPTP formation. In both models, BK’s protection was susceptible to metalloproteinase (MMP)-8 inhibition, suggesting that BK signals its protective effect through an MMP-8-dependent transactivation of the EGFR in the rat heart. In the second part using the in situ mouse model, the infarct size reducing effect of both ischemic postconditioning and the highly-selective A2bAR agonist BAY60-6583 could be demonstrated. The infarct reducing effect of ischemic postconditioning was abolished by the selective A2bAR antagonist MRS1754, suggesting a role for A2bAR in the signalling. Furthermore, mice lacking CD73 were used. Infarct size in untreated control animals was similar to that in wild type mice, but ischemic postconditioning, the selective A2bAR agonist BAY60-6583 and A2aAR agonist CGS21680 could not reduce infarct size in these animals, while the simultaneously activation of both, A2bAR and A2aAR, lead to a strong cardioprotection against reperfusion injury. Taken together, the results of the present study show important pharmacological properties of BK and AR antagonists, rendering them as strong candidates for the clinical use against reperfusion injury in patients with an acute myocardial infarction.

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Metadaten
Author: Carmen Methner
URN:urn:nbn:de:gbv:9-000843-9
Title Additional (English):Bradykinin and Adenosine protects against reperfusion injury after myocardial infarction
Advisor:Prof. Dr. Heyo K. Kroemer
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Date of Publication (online):2010/09/20
Granting Institution:Ernst-Moritz-Arndt-Universität, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät (bis 31.05.2018)
Date of final exam:2010/09/03
Release Date:2010/09/20
GND Keyword:Adenosine, Bradykinin, Herzinfarkt, Postischämiesyndrom, Reperfusion
Faculties:Universitätsmedizin / Institut für Pharmakologie
DDC class:500 Naturwissenschaften und Mathematik / 540 Chemie