Doctoral Thesis
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Die chronische arterielle Hypertonie erhöht das Risiko fĂŒr kardiovaskulĂ€re Komplikationen wie Schlaganfall und Myokardinfarkt. In der Pathophysiologie dieser Komplikationen spielen Thrombozyten eine wesentliche Rolle. Hierbei gehen die meisten Experten derzeit davon aus, dass Thrombozyten mit den durch die Hypertonie geschĂ€digten GefĂ€ĂwĂ€nden reagieren. Ziel unserer Untersuchungen war es, zu untersuchen, ob durch die Hypertonie auch VerĂ€nderungen in Thrombozyten entstehen. Thrombozyten zirkulieren im Kreislauf in engem Kontakt mit der GefĂ€Ăwand und reagieren sensibel auf hohe ScherkrĂ€fte und aktivierte Endothelzellen. Jede Aktivierung, auch in reversiblen FrĂŒhstadien fĂŒhrt dabei zu VerĂ€nderungen in der Proteinzusammensetzung der Thrombozyten, dem Proteom. Da sie keinen Kern haben, ist die Proteinneosynthese in Thrombozyten stark limitiert. So âspeichernâ Thrombozyten Informationen ĂŒber ihre Aktivierungshistorie wĂ€hrend ihrer zehntĂ€gigen Ăberlebenszeit, da die verĂ€nderten Proteine nicht, oder nur sehr eingeschrĂ€nkt durch neu synthetisierte Proteine ersetzt werden. Proteomics bietet einen Ansatz, ĂŒber tausend Proteine gleichzeitig zu untersuchen. Mittels zweidimensionaler, differentieller in Gel Elektrophorese (2D-DIGE) kann dabei ein sensibler quantitativer Vergleich zweier Proben erfolgen. Die komplexe Methodik erfordert jedoch eine hochgradige Standardisierung der Versuchsgruppen. In diesem Projekt wurde daher ein Tiermodell verwendet, um die ca. 1000, mittels 2D-PAGE dargestellten Proteinspots des Thrombozytenzytosols auf hypertoniebedingte VerĂ€nderungen zu untersuchen. Dabei wurden zwei unterschiedliche Rattenmodelle der Hypertonie eingesetzt um die Aussagekraft zu erhöhen. Nach 14tĂ€giger Hypertoniephase wurden 45 Proteinspots detektiert, deren IntensitĂ€t in beiden Rattenmodellen signifikant verĂ€ndert war. Die Identifikation dieser Spots mittels Massenspektrometrie zeigte neben spezifischen Thrombozytenproteinen v.a. Zytoskelett- und Zytoskelett -assoziierte Proteine. Wurde an die 14tĂ€gige Hypertoniephase eine 10tĂ€gige Erholungsphase angeschlossen, waren diese VerĂ€nderungen nicht mehr nachweisbar. Ăberraschenderweise waren die beobachteten VerĂ€nderungen unterdrĂŒckbar durch mehrmalige Blutentnahme vor- und wĂ€hrend der Hypertoniephase. Dabei wurden 8 Tage vor-, sowie zweimal wĂ€hrend der Hypertoniephase (Tage 3 und 10) 3 ml Blut entnommen. Die daraufhin durchgefĂŒhrte Untersuchung auf VerĂ€nderungen des Thrombozytenproteoms durch Blutentnahmen an normotensiven Tieren zeigte ein Muster an VerĂ€nderungen, dass dem unter Hypertonie beobachteten entgegengesetzt war. Eine denkbare Ursache fĂŒr diese Beobachtung ist, dass die Thrombozytopoese durch die mehrmaligen Blutverluste gesteigert wurde. Die so vermehrt ausgeschĂŒtteten âjungenâ Thrombozyten zeigen ein inverses Proteommuster, gegenĂŒber den durch Hypertonie gestressten Thrombozyten. Um dieser Hypothese nachzugehen wurden Ratten mit dem Thrombopoetinrezeptoragonisten Romiplostim behandelt. Das Thrombozytenproteom von Ratten nach Stimulation der Thrombozytopoese Ă€hnelt dem von Ratten nach mehrmaligen Blutentnahmen. Dies unterstĂŒtzt unsere Hypothese, dass die durch Blutentnahmen bedingten ProteomverĂ€nderungen auf eine gesteigerte Thormobzytopoese zurĂŒckzufĂŒhren sind und damit auf das gesteigerte Vorkommen junger Thrombozyten im Blutkreislauf. VerĂ€nderungen des Thrombozytenproteoms, die in beiden Tiermodellen unter Hypertonie auftraten, können mit groĂer Sicherheit auf die Hypertonie zurĂŒckgefĂŒhrt werden. Zu beachten ist allerdings, dass beide Modelle auf einer Aktivierung des Renin-Angiotensin-Aldosteron Systems (RAAS) basieren. Es kann also nicht differenziert werden, ob die VerĂ€nderungen durch die Hypertonie selbst oder durch das aktivierte RAAS verursacht wurden. Die Tiermodelle spiegeln somit nur eine Subgruppe der Hypertoniepatienten wider. Wir haben mit diesen Experimenten Thrombozyten-Proteine identifiziert, die sich durch einen erhöhten Blutdruck verĂ€ndern. Diese Proteine sind daher potentielle Kandidaten fĂŒr Biomarker, die eine Aussage ĂŒber den Blutdruckverlauf der zurĂŒckliegenden Tage ermöglichen. Solch ein Marker, Ă€hnlich dem HbA1c beim Diabetes mellitus, könnte die Hypertoniediagnostik erheblich erleichtern. FĂŒr die in dieser tierexperimentellen Studie identifizierten Proteine finden sich analoge Proteine in menschlichen Thrombozyten. Deren VerĂ€nderung durch Bluthochdruck sollte in Fall/Kontroll-Studien am Menschen untersucht werden. In ErgĂ€nzung zum im Journal of Hypertension veröffentlichten Artikel wird in der vorliegenden deutschen Zusammenfassung detaillierter auf die Methoden eingegangen. DarĂŒber hinaus werden zusĂ€tzliche Aspekte in der Diskussion angesprochen.
VerÀnderung der Proteinstruktur von respiratorischem Epithel nach intranasaler Phototherapie
(2016)
Hintergrund: Die Phototherapie hat sich bereits in den Leitlinien zur Therapie entzĂŒndlicher und immunvermittelter dermatologischer Erkrankungen wie Psoriasis oder dem atopischen Ekzem etabliert. Eine neuere Anwendung ist die intranasale Phototherapie mit mUV/VIS (70 % sichtbares Licht, 25 % UVA, 5 % UVB) zur Behandlung der allergischen Rhinitis. Verschiedene Arbeiten zeigen eine Reduktion der Symptome der allergischen Rhinitis durch mUV/VIS. In der vorliegenden Arbeit wurden die zugrundeliegenden molekularen Mechanismen und VerĂ€nderungen auf Proteomebene in humanen respiratorische S9-Epithelzellen untersucht. Methoden: Respiratorische S9-Epithelzellen wurden mit mUV/VIS fĂŒr 4 min bestrahlt und nach 0, 30 und 60 min (Kurzzeitbereich) sowie nach 24, 48 und 72 h (Langzeitbereich) geerntet. Zum Vergleich unterschiedlicher Dosen wurden zusĂ€tzlich Zellen fĂŒr 2 und 6 min bestrahlt und nach 24, 48 und 72 h geerntet. Die Proteine der Proben wurden extrahiert und mittels 2D-DIGE aufgetrennt. Die resultierenden Gel-Bilder wurden mittels Delta2D-Software analysiert, die detektierten Spots ausgestanzt und mit Trypsin proteolytisch verdaut. AnschlieĂend konnten sie mittels Massenspektrometrie (MALDI-TOF-MS) und dem Datenbankvergleich mit virtuell verdauten Proteinen identifiziert werden. Ergebnisse: Von 1665 detektierten Spots wurden 897 identifiziert und weiter statistisch analysiert. FĂŒr die weiteren Analysen wurden nur die im Vergleich zur Kontrolle signifikant verĂ€nderten Proteine berĂŒcksichtigt (p †0,05 und Fold Change â„ 1,5). Die Ergebnisse zeigen eine deutliche Induktion von oxidativem Stress nach mUV/VIS. Dies konnte dosisabhĂ€ngig mit der Induktion des Nrf2-Pathways, der Hitzeschockproteine und der Induktion der Thioredoxinreduktase 1 nachgewiesen werden. ProteinschĂ€den und Proteinreparatur konnten anhand der Induktion von Hitzeschockproteinen und der Induktion von Proteinen, die mit der Ubiquitin-vermittelten proteasomalen Degradation fehlgefalteter Proteine assoziiert sind, gezeigt werden. DosisabhĂ€ngig werden direkt und indirekt durch oxidativen Stress DNA-SchĂ€den induziert. Dies bestĂ€tigte sich anhand der dosisabhĂ€ngigen Induktion von DNA-Reparaturmechanismen (NER). Die Induktion der Apoptose bei massiven SchĂ€den wurde mittels Ingenuity Pathway Analyse (IPA) nachgewiesen. Die Induktion der Tumorgenese ist anhand der dosisabhĂ€ngig induzierten Anzahl der Tumor-assoziierten Proteine und der induzierten Protoonkogene wie CRK oder des Tumorantigens p53 nachweisbar. In IPA zeigt sich eine dosisabhĂ€ngige Beeinflussung immunologischer/inflammatorischer Prozesse wie der Psoriasis oder des atopischen Ekzems. Im Zeitverlauf kommt es zum Anstieg der Proteine, die mit solchen Erkrankungen assoziiert sind. Es zeigte sich auch eine dosisabhĂ€ngige Induktion von Proteinen, die mit Mechanismen der Virusfreisetzung aus der Wirtszelle assoziiert sind. Dies könnte einige klinische Berichte ĂŒber eine Herpes simplex Virusreaktivierung nach einer mUV/VIS-Bestrahlung erklĂ€ren. Fazit: Eine Beeinflussung immunologisch/inflammatorischer Prozesse konnte bestĂ€tigt werden. Somit ist mUV/VIS zur Therapie der allergischen Rhinitis einsetzbar. Nach aktueller Literatur scheint die Rhinophototherapie nicht fĂŒr die Karzinogenese zu prĂ€disponieren. Aber es fehlen bisher Langzeit-Studien, die dies bestĂ€tigen. Aufgrund der genannten VerĂ€nderungen sollte eine mUV/VIS-Behandlung nur nach sorgfĂ€ltiger Nutzen- und Risikoanalyse erfolgen.