Doctoral Thesis
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Die Nieren spielen in der Regulation des Blutdrucks eine sehr wichtige Rolle, da sie den Wasser- und Elektrolythaushalt kontrollieren und Schwankungen des Blutdrucks langfristig normalisieren können. Bei der Entwicklung einer arteriellen Hypertonie wird hĂ€ufig eine Funktionsstörung der Nieren beobachtet, insbesondere eine Erhöhung des renalen GefĂ€Ăwiderstands. Die entsprechenden pathophysiologischen Prozesse sind noch nicht vollstĂ€ndig geklĂ€rt. Die Enzyme Rho-Kinase (ROCK) und NADPH-Oxidase (NOX) sind an vielen physiologischen Steuerungsprozessen des Organismus beteiligt, vor allem auch an der Regulation des GefĂ€Ătonus. Sie wurden in mehreren experimentellen und klinischen Studien mit der Entstehung einer arteriellen Hypertonie in Verbindung gebracht. Ziel der vorliegenden Arbeit war es zu klĂ€ren, inwiefern ROCK und NOX in der Entwicklung einer arteriellen Hypertonie auf die Erhöhung des renalen GefĂ€Ăwiderstands Einfluss nehmen. Die Untersuchungen wurden am Tiermodell der Cyp1a1ren-2 transgenen Ratten durchgefĂŒhrt, das es ermöglicht, durch Beigabe des Stoffes Indol-3-Carbinol zum Futter, eine AngII-abhĂ€ngige Hypertonie zu induzieren. Die Tiere wurden in Gruppen mit unterschiedlich langer Induktionsphase und Induktionsdosis aufgeteilt, wodurch verschiedene Phasen der Hypertonieentwicklung beobachtet werden konnten. AnschlieĂend wurden mit NierengefĂ€Ăen und Aortengewebe der Versuchstiere mehrere Experimente zur AktivitĂ€t der ROCK und NOX und deren Einfluss auf die GefĂ€ĂkontraktilitĂ€t durchgefĂŒhrt.
In den NierengefĂ€Ăen der induzierten Tiere konnte mittels PCR eine erhöhte Gen-Expression der NOX-Isoformen Nox1 und Nox2 nachgewiesen werden. Die Lucigenin verstĂ€rkte Chemilumineszenz ergab zudem Hinweise auf eine vermehrte NOX abhĂ€ngige Superoxidbildung in den NierengefĂ€Ăen der hypertonen Tiere. Die Gen-Expression der ROCK-Isoformen war nach Induktion eines Bluthochdrucks nicht signifikant unterschiedlich. Auch die AktivitĂ€t der ROCK, die durch Western-Blot Versuche ermittelt wurde, zeigte keine Unterschiede. ZusĂ€tzlich wurde in einem Drahtmyographen die GefĂ€Ăantwort auf Phenylephrin ohne und mit Zugabe des ROCK-Inhibitors Y-27632 sowie ohne und mit Zugabe des Superoxid RadikalfĂ€ngers Tiron gemessen. Auch wurde in einem Experiment die GefĂ€Ăantwort auf H2O2 untersucht. Diese Experimente lieĂen den Schluss zu, dass die ROCK bei den induzierten Tieren eine zunehmende Bedeutung in der Phenylephrin-induzierten GefĂ€Ăkontraktion renaler WiderstandsgefĂ€Ăe hatte, wohingegen radikale Sauerstoffspezies keinen verĂ€nderten Einfluss nach Induktion der Hypertonie zeigten. Im Rahmen dieser Arbeit war es zudem möglich, diese Untersuchungen zur GefĂ€ĂkontraktilitĂ€t auch an humanen renalen GefĂ€Ăen durchzufĂŒhren, die nach Tumor bedingter Explantation aus einer Niere gewonnen wurden. Hierbei zeigte sich durch die ROCK-Hemmung auch eine signifikante Verringerung der Agonist-induzierten Kontraktion menschlicher NierengefĂ€Ăe. Dies mag auf eine Ăbertragbarkeit der tierexperimentellen Ergebnisse auf die VorgĂ€nge in der menschlichen Niere hinweisen.
Zusammenfassend haben die Untersuchungen gezeigt, dass ROCK und NOX in unterschiedlicher Form einen Einfluss auf den renalen GefĂ€Ăwiderstand in der frĂŒhen Hypertonieentwicklung Cyp1a1ren-2 transgener Ratten haben. Dabei können auch Wechselwirkungen zwischen den Enzymen eine Rolle spielen, da mehrere andere Studien eine gegenseitige Aktivierung der ROCK und NOX beobachteten. Die vorliegende Arbeit unterstreicht die Bedeutung der Untersuchung der ROCK und NOX und ihrer Hemmstoffe mit dem Ziel der Entwicklung potenzieller neuer Medikamente, um die Therapie der Hypertonie weiter verbessern zu können.
In vorrausgegangen Studien konnte gezeigt werden, dass neonatale Sympathektomie bei SHR eine Senkung des arteriellen Mitteldrucks hervorruft. Es zeigte sich bei renalen WiderstandsgefĂ€Ăen sympathektomierter SHR eine gesteigerte Noradrenalin-SensitivitĂ€t und eine vermehrte Vasokonstriktion nach spezifischer L-Typ-Ca2+-Kanalaktivierung. Die Mechanismen der Noradrenalin-SupersensitivitĂ€t nach neonataler Sympathektomie sind Gegenstand der vorliegenden Arbeit. Ziel der durchgefĂŒhrten Experimente war es, mögliche VerĂ€nderungen nach neonataler Sympathektomie in renalen und mesenterialen WiderstandsgefĂ€Ăen zu charakterisieren und dabei auf eine AbhĂ€ngigkeit vom GefĂ€Ăbett und Geschlecht zu untersuchen. Es wurden normotensive Wistar-Ratten verwendet, welche per Guanethidin-Injektionen und bilateralen Entfernung des Nebennierenmarks sympathisch denerviert worden und schein-sympathektomierte Kontrollen. Im Alter von 11-14 Wochen erfolgte die myographische Untersuchung der proximalen Widerstandsarterien von Niere und Mesenterium. DafĂŒr wurden die distalen Interlobararterien der Niere und die 3. Generation von Aufzweigungen der Arteria mesenterica superior beider Geschlechter verwendet. ZusĂ€tzlich wurden diese GefĂ€Ăe per real-time PCR auf die Expression verschiedener Gene untersucht. Die entnommenen isolierten Segmente der renalen und mesenterialen WiderstandsgefĂ€Ăe wurden zunĂ€chst hinsichtlich ihres Kontraktionsverhaltens myographisch untersucht. DafĂŒr erstellten wir kumulative Konzentrations-Wirkungs-Kurven unter Gabe von Noradrenalin. Es zeigte sich bei renalen und mesenterialen Arterien der sympathektomierten Tiere eine signifikante Linksverschiebung der Konzentrations-Wirkungs-Kurve als Ausdruck einer gesteigerten SensitivitĂ€t der GefĂ€Ăe auf Noradrenalin nach neonataler Sympathektomie. In einem zweiten myographischen Experiment untersuchten wir die VerĂ€nderungen der GefĂ€Ăantwort auf kumulative Stimulation mittels Noradrenalin unter L-Typ-Ca2+-Hemmung mittels Nifedipin. In diesem Experiment zeigte sich bei den renalen Arterien der sympathektomierten Tiere eine Rechtsverschiebung der Konzentrations-Wirkungs-Kurven. Dieser Effekt war an den mesenterialen Arterien nicht nachzuweisen. Im dritten Experiment untersuchten wir die GefĂ€Ăe auf ihr Kontraktionsverhalten nach selektiver L-Typ-Ca2+-Aktivierung mittels S-(-)-BayK8644. Wir konnten dabei bei den renalen, aber nicht in den mesenterialen Arterien eine signifikante Vasokonstriktion bei den sympathektomierten Tieren nachweisen. Zur weiteren Untersuchung der Mechanismen, die zu dieser Noradrenalin-SupersensitivitĂ€t fĂŒhren, wurden im letzten Experiment Konzentrations-Wirkungs-Kurven fĂŒr Noradrenalin unter ROCK-Inhibition mittels Y27632 erstellt. Es zeigte sich bei den renalen Arterien der sympathektomierten Gruppe eine signifikante Rechtsverschiebung der NA Konzentrations-Wirkungs-Kurven durch die Inhibition der ROCK. Dieser Effekt konnte fĂŒr die mesenterialen Arterien nicht nachgewiesen werden. In den beschriebenen myographischen Experimenten lieĂen sich keine geschlechtsspezifische Unterschiede feststellen. Die renalen und mesenterialen GefĂ€Ăe wurden anschlieĂend noch in einer real-time PCR auf die Expression der ROCK-I, ROCK-II und der Cav1.2-KanĂ€le hin untersucht und auf die Haushaltsgene ÎČ-Actin und PBGD normiert. Es zeigte sich in der Gruppe der weiblichen sympathektomierten Tiere eine signifikant gesteigerte Expression der Cav1.2-KanĂ€le in den untersuchten Nierenarterien. In der Gruppe der mĂ€nnlich-sympathektomierten und den Mesenterialarterien beider Geschlechter zeigten sich keine VerĂ€nderungen in der Expression der ROCK oder der Cav1.2-KanĂ€le. Aus den Ergebnissen lĂ€sst sich schlussfolgern, dass neonatale Sympathektomie bei normotensiven Ratten zu einer gesteigerten Noradrenalin-SensitivitĂ€t der glatten Muskelzellen von renalen und mesenterialen Widerstandsarterien fĂŒhrt. Diese Noradrenalin-SupersensitivitĂ€t zeigt eine AbhĂ€ngigkeit vom GefĂ€Ăbett. In den renalen Arterien der sympathektomierten Tiere lieĂ sich eine gesteigerte AbhĂ€ngigkeit der Noradrenalin-induzierten Vasokonstriktion von der ROCK und der Funktion der Cav1.2-KanĂ€le nachweisen. Hinweise auf geschlechtsspezifische Unterschiede nach neonataler Sympathektomie zeigten sich in der Expression der Cav1.2-KanĂ€le, welche in der Gruppe der weiblich sympathektomierten Tiere gesteigert waren.