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Die zerebrale Ischämie zählt weltweit zu den wichtigsten kardiovaskulären Erkrankungen und bedarf einer kontinuierlichen Optimierung der Prävention und der Therapie. Das Renin-Angiotensin-System (RAS) ist ein mögliches therapeutisches Target, da die Angiotensin-vermittelte Initiation fibrotischer und nekrotischer Prozesse sowie die Bildung reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) die Genese diverser kardiovaskulärer und neurologischer Erkrankungen begünstigt. Die kürzlich entdeckten alternativen Renintranskripte, die ein Bestandteil lokaler RAS z.B. des zentralen Nervensystems (ZNS), des Herzens und der Lunge sind, könnten von Bedeutung sein. So werden dem alternativen zytosolischen Renintranskript (Ren[1a-9]) am Herzen unter ischämierelevanten Bedingungen anti-nekrotische und zytoprotektive Effekte attestiert. Daher ergab sich die übergeordnete Fragestellung, wie die Expression der Renintranskripte im ZNS in Abhängigkeit von ischämierelevanten Bedingungen reguliert wird und welche Bedeutung das lokale RAAS des Gehirns innehat. Die Grundvoraussetzung der angestrebten Untersuchungen bildete die Etablierung eines geeigneten neuronalen Zellmodells. Im Anschluss wurden die basale Reninexpression und deren Abhängigkeit vom Zellzyklus und dem Differenzierungsgrad der Zellen untersucht. Abschließend erfolgte die Analyse der Reninexpression und deren Regulation nach Kultivierung der Zellen unter Glukose- und Sauerstoffdepletion. Im Rahmen dieser Arbeit konnten die adhärenten PC12 Zellen als zentrales Zellmodell etabliert werden, um die molekularen Mechanismen und die funktionellen Zusammenhänge der Reninexpression in neuronalen Zellen zu untersuchen. Die non adhärenten PC12 Zellen eignen sich für diese Zwecke nicht. Die mHippo18 Zellen sind für die funktionellen Analysen des sekretorischen Renintranskripts zu empfehlen. In Abhängigkeit von der Zellzyklusphase war eine Regulation der Renintranskripte zu beobachten. Der Übergang der stationären und der NGF-stimulierten Zellen in die G0/G1-Phase korrelierte mit einer Induktion der exprimierten Renintranskripte. Die zugrunde liegenden Mechanismen bleiben durch weiterführende funktionelle Analysen zu klären. Abschließend war in den PC12 Zellen eine Stimulation der zytosolischen Reninexpression unter OGD nachzuweisen. Insgesamt legen die Ergebnisse dieser Arbeit eine mögliche Relevanz des intrazellulären RAS für das Verständnis und die Therapie der zerebralen Ischämie nahe.

Die chronische Nierenkrankheit (CKD) gehört neben Diabetes mellitus und Hypertonie zu den Weltgesundheitsproblemen. Aufgrund der Vielzahl von Ursachen, die zu einer CKD führen können, gibt es nur wenige gezielte Therapiemaßnahmen, die vor allem auf Veränderungen des Lebensstils der Patienten oder die Behandlung von Vor- oder Folgeerkrankungen abzielen. Um gezielter eine CKD behandeln zu können, ist es essentiell die genauen molekularen Mechanismen, die an der Entwicklung einer CKD beteiligt sind, zu identifizieren. Das intrarenale Renin-Angiotensin-System (RAS) ist eines der Systeme, die eine wichtige Rolle bei der Entwicklung einer CKD spielen. Aus diesem Grund wurde in der vorliegenden Arbeit die Bedeutung des intrarenalen RAS für die Entwicklung der CKD in zwei, voneinander unabhängigen, Versuchsreihen untersucht. In der Versuchsreihe I wurden genetisch veränderte Mäuse (ACE-/--Mäuse) verwendet, die eine verminderte renale Angiotensin-I-Konversionsenzym (ACE)-Expression haben. Bei diesen Mäusen steht die Transkription des ACE-Gens unter der Kontrolle des Albumin-Promotors, so dass ACE bei ACE-/--Mäusen vor allem in der Leber exprimiert wird. Vor dem Hintergrund, dass das renale RAS bei einer CKD aktiviert ist und die genetische Veränderung der ACE-/--Mäuse einen Bestandteil des RAS betrifft, wurde in Versuchsreihe I untersucht, ob ACE-/--Mäuse vor einem experimentell-induzierten chronischen Nierenschaden geschützt sind. Weiterhin wurde untersucht, ob an einem möglichen Schutz die alternative renoprotektive ACE2/Angiotensin (1-7)/Mas-Rezeptor-Achse beteiligt ist. Die Daten einer klinischen Studie unserer Arbeitsgruppe zeigten, dass sowohl die renale Angiotensinogen- als auch die renale Renin-Ausscheidung als potenzielle Biomarker einer CKD in Frage kommen. Auf Grundlage dieser Ergebnisse wurde in Versuchsreihe II untersucht, ob die renale Angiotensinogen- bzw. die renale Renin-Ausscheidung auch als potenzielle Biomarker für den zeitlichen Verlauf eines experimentell induzierten, chronischen Nierenschadens geeignet sind. In dieser Versuchsreihe wurden nur Wildtyp-Mäuse verwendet, die über einen Zeitraum von 13 Wochen untersucht wurden. Der chronische Nierenschaden wurde bei den Mäusen beider Versuchsreihen mittels Aristolochiasäure I (AAI), 3 mg/kg Körpergewicht, i.p. an jedem 3. Tag für sechs Wochen und einer sich anschließenden behandlungsfreien Phase von weiteren sechs bis sieben Wochen induziert. Am Ende des Beobachtungszeitraums wurden die Nieren makroskopisch sowie mikroskopisch begutachtet, die glomeruläre Filtrationsrate (GFR) mittels Inulin-Clearance als Maß für die Nierenfunktion bestimmt und weitere molekularbiologische und biochemische Untersuchungen durchgeführt. In Versuchsreihe I führte AAI nur bei Wildtyp-Mäusen zu einer statistisch signifikanten Abnahme der GFR, jedoch nicht bei ACE-/--Mäusen. Die renalen ACE2- und Mas-Rezeptor-Protein-Gehalte nahmen zwar bei beiden Mausstämmen unter AAI ab, allerdings waren beide Parameter unter basalen Bedingungen bei ACE-/--Mäusen statistisch signifikant höher als bei Wildtyp-Mäusen. Gleichzeitig führte AAI bei ACE-/--Mäusen zu einem Anstieg der renalen Angiotensin-(1-7)-Konzentration, nicht jedoch bei Wildtyp-Mäusen. Die Ergebnisse der Versuchsreihe I zeigen zum ersten Mal, dass genetisch veränderte ACE-/--Mäuse vor einem AAI-induzierten, chronischen Nierenschaden geschützt sind. Dieser Schutz könnte auf eine basal höhere renale ACE2- und Mas-Rezeptor-Expression sowie auf die Zunahme der renalen Angiotensin-(1-7)-Konzentration unter AAI und somit eine Aktivierung der renoprotektiven ACE2/Angiotensin (1-7)/Mas-Rezeptor-Achse zurückzuführen sein. In Versuchsreihe II nahm die renale Angiotensinogen-Ausscheidung während der Behandlungsphase unter AAI zu und während der sich anschließenden behandlungsfreien Phase ab. Sie blieb jedoch während des gesamten Versuchszeitraums statistisch signifikant höher als in der Kontrollgruppe. Die renale Renin-Ausscheidung nahm ebenfalls unter AAI, allerdings auch in der Kontrollgruppe, während der Behandlungsphase zu und nahm während der behandlungsfreien Phase ab. Die Befunde der Versuchsreihe II lassen zwar keine abschließenden Aussagen zur Eignung der renalen Renin-Ausscheidung als Biomarker zu, allerdings sind die Ergebnisse zur renalen Angiotensinogen-Ausscheidung vielversprechend. Die Daten zeigen, dass die renale Angiotensinogen-Ausscheidung als Biomarker für den zeitlichen Verlauf eines AAI-induzierten, chronischen Nierenschadens bei Mäusen geeignet ist und dass das unter diesen Bedingungen mit dem Harn ausgeschiedene Angiotensinogen vermutlich überwiegend renalen Ursprungs ist.

Es wurden die Lokalisation des (P)RR/ATP6ap2 in PC12 Tumorzellen neuronalen Ursprungs, kardialen und renalen Zellen und Geweben sowie die funktionellen Folgen nach Downregulation oder Überexpression (paradoxe Downregulation) des Rezeptors untersucht. Er weist sowohl eine ER-spezifische, Membran-assoziierte als auch eine Lokalisation in der löslichen Fraktion auf. Als akzessorische Untereinheit der vakuolären H+ ATPase beeinflusst der Rezeptor ihre Integrität und Aktivität. Die Vielzahl differenter Daten zwischen den mit einem V ATPase-Inhibitor behandelten und den (P)RR/ATP6ap2-downregulierten PC12 Zellen verdeutlicht, dass die Funktion des (P)RR/ATP6ap2 insbesondere im Metabolismus über eine bloße Regulation der V ATPase-Aktivität hinausgeht und möglicherweise durch die Integration des (P)RR/ATP6ap2 im Wnt-Pathway bestimmt wird.

Das Ziel dieser Arbeit lag in der Untersuchung der Rolle des Renin Binding Proteins (RenBP) bei der kardioprotektiven Wirkung des zytosolischen Renins in H9c2 Zellen, die einer Glucosedepletion ausgesetzt waren. Die Ergebnisse der Immunhistochemie ließen eine Kolokalisation beider Proteine nach Glucosedepletion erkennen. Mittels chemischen Detergenzien und Renin gelang im Nativen Western Blot die Unterscheidung zwischen RenBP Homodimer, Heterodimer und Monomer. Ein artifizieller ATP-Mangel durch Apyrase, ähnlich der Glucosedepletion, bewirkte eine Heterodimerbildung. Allerdings gelang mit dieser Methode kein Nachweis des endogenen zytosolischen Renins mit dem verwendeten Antikörper. Der Abfall der NAGE-Aktivität unter Überexpression des zytosolischen Renins und Glucosemangel in Zusammenhang mit den bisher erhobenen Ergebnissen konnte die initial vermutete Interaktion zwischen RenBP und zytosolischen Renin bestätigen. Im zweiten Teil der Arbeit sollte geklärt werden, ob ein RenBP Knock down ähnliche Effekte ausübt, wie eine Interaktion zwischen RenBP und zytosolischem Renin. Der Knock down hatte keinen Einfluss auf die Nekroserate unter Kontrollbedingungen. Im Gegensatz zu den Kontrollzelllinien konnte bei Zellen mit einem milden RenBP Knock down ein weiterer Glucosedepletion-induzierter Anstieg der Nekroserate vermieden werden. Anhand dieser Daten schlussfolgern wir, dass unter Ischämie-relevanten Bedingungen, wie einer Glucosedepletion, die zytosolische Bildung von RenBP-Renin-Heterodimeren mit einer Zellprotektion assoziiert ist. Weitere Untersuchungen müssen nach kritischer Betrachtung dieser Erkenntnis zur Verifizierung folgen. Insgesamt weisen die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit auf die Notwendigkeit des RenBP beim zytoprotektiven Effekt des zytoslischen Renins in H9c2 Zellen hin. Neben der Suche anderer Interaktionspartner für das zytosolische Renin ist zudem die Klärung des Stellenwertes des RenBP im Zellmetabolismus mit Auswirkung auf Prozesse wie Sialisierung und Glykosylierung zukünftig notwendig.

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 häufig eine Funktionsstörung der Nieren beobachtet, insbesondere eine Erhöhung des renalen Gefäßwiderstands. Die entsprechenden pathophysiologischen Prozesse sind noch nicht vollständig geklärt. Die Enzyme Rho-Kinase (ROCK) und NADPH-Oxidase (NOX) sind an vielen physiologischen Steuerungsprozessen des Organismus beteiligt, vor allem auch an der Regulation des Gefäßtonus. Sie wurden in mehreren experimentellen und klinischen Studien mit der Entstehung einer arteriellen Hypertonie in Verbindung gebracht. Ziel der vorliegenden Arbeit war es zu klären, inwiefern ROCK und NOX in der Entwicklung einer arteriellen Hypertonie auf die Erhöhung des renalen Gefäßwiderstands Einfluss nehmen. Die Untersuchungen wurden am Tiermodell der Cyp1a1ren-2 transgenen Ratten durchgeführt, das es ermöglicht, durch Beigabe des Stoffes Indol-3-Carbinol zum Futter, eine AngII-abhängige Hypertonie zu induzieren. Die Tiere wurden in Gruppen mit unterschiedlich langer Induktionsphase und Induktionsdosis aufgeteilt, wodurch verschiedene Phasen der Hypertonieentwicklung beobachtet werden konnten. Anschließend wurden mit Nierengefäßen und Aortengewebe der Versuchstiere mehrere Experimente zur Aktivität der ROCK und NOX und deren Einfluss auf die Gefäßkontraktilität durchgeführt. In den Nierengefäßen der induzierten Tiere konnte mittels PCR eine erhöhte Gen-Expression der NOX-Isoformen Nox1 und Nox2 nachgewiesen werden. Die Lucigenin verstärkte Chemilumineszenz ergab zudem Hinweise auf eine vermehrte NOX abhängige Superoxidbildung in den Nierengefäßen der hypertonen Tiere. Die Gen-Expression der ROCK-Isoformen war nach Induktion eines Bluthochdrucks nicht signifikant unterschiedlich. Auch die Aktivität der ROCK, die durch Western-Blot Versuche ermittelt wurde, zeigte keine Unterschiede. Zusätzlich wurde in einem Drahtmyographen die Gefäßantwort auf Phenylephrin ohne und mit Zugabe des ROCK-Inhibitors Y-27632 sowie ohne und mit Zugabe des Superoxid Radikalfängers Tiron gemessen. Auch wurde in einem Experiment die Gefäßantwort auf H2O2 untersucht. Diese Experimente ließen den Schluss zu, dass die ROCK bei den induzierten Tieren eine zunehmende Bedeutung in der Phenylephrin-induzierten Gefäßkontraktion renaler Widerstandsgefäße hatte, wohingegen radikale Sauerstoffspezies keinen veränderten Einfluss nach Induktion der Hypertonie zeigten. Im Rahmen dieser Arbeit war es zudem möglich, diese Untersuchungen zur Gefäßkontraktilität auch an humanen renalen Gefäßen durchzuführen, 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 Nierengefäße. Dies mag auf eine Übertragbarkeit der tierexperimentellen Ergebnisse auf die Vorgänge in der menschlichen Niere hinweisen. Zusammenfassend haben die Untersuchungen gezeigt, dass ROCK und NOX in unterschiedlicher Form einen Einfluss auf den renalen Gefäßwiderstand in der frühen 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.

Mehr als 20 Jahre Forschung zu Inkretinen führten zu neuen Klassen von Antidiabetika, den Inkretin Analoga und den DPP-4-Hemmern, die die biologische Halbwertzeit von GIP (Glucose dependent insulinotropic polypeptide) und GLP-1 (Glucagon-like-peptide-1) verlängert. Noch sind zahlreiche Fragen bezüglich der Effekte der beiden Inkretin Hormone GIP und GLP-1 bei gesunden Personen und diabetischen Patienten offen. Derzeit vorliegende Studien erlauben bisher nur einen sehr begrenzten direkten Vergleich zur insulinogenen Wirkung der beiden Inkretine. Die insulinogenen Wirkungen von GIP und GLP-1 wurden im Rahmen der vorliegenden Arbeit im direkten Vergleich in normoglykämischen und hyperglykämischen Ratten Modellen untersucht. Es wurde ein experimentelles Testmodell entwickelt, um die Dosis-abhängige Insulin-Antwort nach GIP und GLP-1 Injektion unter vergleichbaren Bedingungen messen zu können. Für GIP und GLP-1 konnte eine dosisabhängige Stimulation der Insulinsekretion unter Normoglykämie dokumentiert werden. GIP erwies sich als stärker insulinogen als das GLP-1. Bei ihrer Applikation vor dem standardisierten IVGTT (Intravasaler Glukose Toleranz Test) wirkten die Inkretine dosisabhängig insulinogen. Als äquipotente Dosen im IVGTT wurden 2 nmol/kg GIP und 4 nmol/kg GLP-1 identifiziert, belegt durch vergleichbare Glukose- und Insulinüberschreitungsflächen und einen vergleichbaren insulinogenen Index. Der durch die Inkretingabe erhöhte Glukoseabstrom war nach 2 nmol/kg GIP doppelt so hoch als nach 4 nmol/kg GLP-1 Gabe. Die kombinierte Gabe von GIP und GLP-1 induzierte eine im Vergleich zur Einzelapplikation stärkere biphasische Insulinfreisetzung. In einem nächsten Schritt wurde die insulinogene Wirkung der equipotenten Dosen GIP und GLP-1 unter systemischer DPP-4-Hemmung in Wistar Ratten untersucht. Dazu wurden 20 min vor dem Test 30 µmol/kg des DPP-4-Hemmers P32/98 oral verabreicht. Die Unterbindung der Inkretininaktivierung induzierte differente insulinogene Wirkungen von 2 nmol/kg GIP und 4 nmol/kg GLP-1. Während die DPP-4-Hemmung die durch das das GIP induzierte Insulinausschüttung, den insulinogenen Index und den Glukoseabstrom weiter verstärkte und die Glukosetoleranz verbesserte, führte sie nahezu zum Verlust der insulinogenen Potenz von GLP-1. Der Wirkungsverlust des GLP-1 unter systemischer DPP-4-Hemmung gab Anlass, den GLP-1 Metaboliten hinsichtlich eigener Wirkungen zu untersuchen. Die Gabe des GLP-1 Metaboliten vor dem IVGTT wies auf eine schwache eigene insulinogene Wirkung hin. Die durch die DPP-4-Hemmergabe induzierte Reduktion des Inkretineffektes von 4 nmol/kg intaktem GLP-1 (GLP-1 (7-36) amid) konnte durch die Kombination mit dem GLP-1 Metaboliten (GLP-1 (9-36)) nur gemindert werden. Bei hyperglykämischen ZDF Ratten induzierten 2 nmol/kg GIP und 4 nmol/kg GLP-1 einen vergleichbar großen Anstieg der Insulinkonzentrationen im Plasma. Dieser Anstieg fiel aber bei den hyperglykämischen Tieren geringer (3-fach) als bei den Wistar Ratten (5-fach) aus. Die Anstiege der Insulinkonzentrationen im Plasma hatten in den ZDF Ratten keine Blutglukose senkende Wirkung. Insgesamt wurde im Vergleich mit den Daten aus der Literatur noch einmal unterstrichen, dass die Form der Applikation von GIP und GLP-1 für deren insulinogene Wirkung von entscheidender Bedeutung ist. Bolusgaben, d.h. ein kurz anhaltender Stimulus und Infusionen von GIP und GLP-1 induzieren jeweils spezifische Wirkungen, die beim therapeutischen Einsatz von Bedeutung sein können. Die intravasalen Applikationen von GIP und GLP-1 als Boli über 10 Tage ergaben für das GLP-1 erwartete und bereits bekannte Effekte, für das GIP aber neue Erkenntnisse. Die Behandlung mit GLP-1 über 10 Tage reduzierte das Körpergewicht und senkte die Nüchternglykämie. Über diese für eine Diabetestherapie günstigen Effekte verfügt das GIP nicht. Die histologische Untersuchung des Pankreas nach der 10-tägigen Behandlung mit GIP zeigte im Vergleich zu Kontrolltieren eine höhere Zahl Insulin produzierender Zellen im Pankreas. Die GIP Injektionen übten damit einen messbaren Effekt auf die Erhaltung bzw. Neubildung Insulin produzierender Zellen aus. Die Bolus Applikation von GIP und GLP-1 vor dem IVGTT induzierte bei den hyperglykämischen Tieren einen kurzen Insulinanstieg, der aber durch die anschließende Glukosegabe nicht mehr induzierbar war, die ß-Zellen waren scheinbar erschöpft. Die systemische DPP-4-Hemmung verstärkte in den diabetischen Tieren die durch GIP induzierte Insulinausschüttung und senkte die Blutglukose. Im Gegensatz dazu wurde der insulinogene Effekt von GLP-1 durch die DPP-4-Hemmung nicht verändert. Damit wurden die bei den gesunden Ratten erhobenen Befunde in den ZDF Ratten Versuchen reproduziert. Die vorgelegten Ergebnisse zeigen, dass das GIP eine Reihe wertvoller, die ß-Zellfunktion betreffenden Wirkungen besitzt. Die Arbeiten an GIP Analoga sollten weiter geführt werden, um das Potential des GIP bei der Therapie des Diabetes besser nutzen zu können.

Das sympathische Nervensystem ist an der Regulation des Herz-Kreislaufsystems beteiligt und beeinflusst die Struktur und Funktion von Widerstandsgefäßen. Die Arbeit untersucht chronische Effekte der sympathischen Innervation auf die Freisetzung reaktiver Sauerstoffspezies und deren Regulation des Gefäßtonus anhand des Modells der neonatalen Sympathektomie. Untersucht wurde Gewebe von 11-14 Wochen alten Wistar-Ratten. Es erfolgten pharmakologische und physiologische Untersuchungen isolierter mesenterialer und intrarenaler Widerstandsarteriensegmente sowie aortaler Gefäßsegmente mit Hilfe der Small-Vessel-Draht-Myographie sowie Untersuchungen zur vaskulären NADPH-Oxidase-mRNA-Expression und NADPH-Oxidaseaktivität mittels real-time-RT-PCR und Lucigenin-verstärkter Chemilumineszenz. Zur Beurteilung von Geschlechtsdi-morphismen hinsichtlich der untersuchten Prozesse wurden Tiere beider Geschlechter in die Studie einbezogen. Die Kalium-induzierte Vasokonstriktion zeigt sich durch chronische Sympathektomie bei mesenterialen Gefäßsegmenten erniedrigt, was auf geringeren Gehalt an kontraktilem Gewebe infolge der Sympathektomie hindeutet. Weitere Untersuchungen zeigten neben einer Noradrenalin-Supersensitivität renaler Gefäßsegmente chronisch sympathektomierter männlicher Tiere, an der sowohl Alpha1- wie auch Alpha2-Adrenorezeptor-vermittelte Prozesse beteiligt sind, auch eine Noradrenalin-Supersensitivität renaler Gefäßsegmente weiblicher Tiere und mesenterialer Gefäßsegmente, die unter anderem Alpha1-Adrenorezeptor, nicht aber Alpha2-Adrenorezeptor getragen ist. Die endothelvermittelte und endothelunabhängige Vasodilatation wurden unter Applikation von Acetylcholin und Nitroprussidnatrium untersucht und zeigte sich durch chronische Sympathektomie unbeeinflusst. Weitere Small-Vessel-Myographie-Experimente erfolgten zur Beurteilung der Bedeutung von ROS für die Modulation Agonist-induzierter Vasokonstriktion und -dilatation von Widerstandsarterien chronisch sympathektomierter Wistar-Ratten. Der Einsatz des Radikalfängers Tiron lässt jedoch keine allgemeingültigen Aussagen zur ROS-abhängigen Modulation der Gefäßfunktion zu. Lediglich bei renalen Gefäßsegmenten männlicher und mesenterialen Gefäßsegmenten weiblicher sympathektomierter Tiere schwächte sich nach Tirongabe bei erstgenannter Gruppe die maximale Kontraktionsantwort, bei zweitgenannter Gruppe die endothelunabhängige Vasodilatation leicht ab. Experimente zu Veränderungen des Gefäßtonus durch H2O2 zeigten sowohl eine direkte durch H2O2 ausgelöste Kontraktion, als auch die Verstärkung prokontraktiler Mechanismen durch H2O2, wobei die Empfindlichkeit der Gefäße gegenüber H2O2 nicht durch chronische Sympathektomie beeinflusst wurde. Die Untersuchungen zum Einfluss chronischer Sympathektomie auf die NADPH-Oxidaseaktivität zeigten weder an renalen, mesenterialen, noch aortalen Gefäßsegmenten unter Inhibierung anderer ROS-produzierender Systeme mit Rotenon, Allopurinol und L-NAME, Veränderungen in der NADPH-Oxidaseaktivität durch chronische Sympathektomie. Auch hatte chronische Denervierung keinen eindeutigen Einfluss auf die NADPH-Oxidase-Expression, lediglich der NOX2-mRNA-Gehalt intrarenaler Arteriensegmente weiblicher sympathektomierter Tiere war niedriger als der scheinbehandelter Kontrollen. Die differenzierte Betrachtung der Ergebnisse lässt zwischen beiden Geschlechtern bezüglich der Gefäßfunktion keine globalen Aussagen zu. Vergrößert, gegenüber der weiblichen Versuchsgruppe, war die Kalium-induzierte Vasokonstriktion mesenterialer Gefäßsegmente scheinsympathektomierter männlicher Tiere, vermindert die maximale Noradrenalin-induzierte Vasokonstriktion renaler Gefäßsegmente sympathektomierter männlicher Tiere im Vergleich zu weiblichen. Außerdem war die NADPH-Oxidase-abhängige Superoxidbildung in Aortengewebe männlicher Tiere und der NOX2-mRNA-Gehalt bei renalen Gefäßsegmenten scheinsympathektomierter männlicher gegenüber weiblicher Tiere verringert. Aus den Ergebnissen lassen sich Hinweise ableiten, dass chronisch sympath-ektomierte Tiere möglicherweise einen geringeren Gehalt an kontraktilem Gewebe der Gefäßmuskulatur aufweisen. Außerdem beruht die bekannte Noradrenalin-Supersensitivität chronisch denervierter renaler Gefäßsegmente männlicher Tiere, auf Alpha1- wie auch Alpha2-Adrenorezeptor-vermittelten Prozessen, die von chronisch denervierten renalen Gefäßen weiblicher Tiere und mesenterialen Gefäßen unter anderem auf Alpha2-, nicht aber auf Alpha1-Adrenorezeptoren-vermittelten Prozessen. Der eher diskrete Einfluss des Radikalfängers Tiron auf die Gefäßfunktion, der geringe, wenn überhaupt vorhandene Einfluss der Sympathektomie auf die Expression der NADPH-Oxidase-Isoformen und die fehlenden Effekte der Sympathektomie auf die NADPH-Oxidaseaktivität sprechen dafür, dass ROS-abhängige Prozesse, wenn überhaupt nur eine untergeordnete Bedeutung für die Denervierungssupersensitivität kleiner Widerstandsarterien haben.

The dentate gyrus (DG) of the hippocampus is one of the stem cell housing niches in the adult mammalian brain. Canonical Wingless-type (Wnt) signals provided by the microenvironment are one of the major niche factors that regulate the differentiation of adult neural stem cells (aNSCs) towards the neuronal lineage. Wnts are part of a complex and diverse set of signaling pathways with a wide range of possible interactions. It remains unknown whether different canonical and non-canonical Wnt signals act in a stage-specific manner to regulate distinctive steps of adult hippocampal neurogenesis. Using in vitro assays on adult hippocampal NSCs, we identified an attenuation of canonical Wnt/ß-Catenin signaling responsiveness in the course of neuronal differentiation, while non-canonical Wnt/Planar Cell Polarity (PCP) signaling events progressively increased. Single-cell genetic manipulations were performed by using retroviral vectors to target dividing progenitor cells in the murine hippocampus. Retrovirus-mediated knockdown of ATP6AP2, a recently discovered core protein involved in both Wnt signaling pathways, revealed that the dual role of this adaptor protein is dependent on the signaling context that is present. We were able to confirm its dual role in neurogenic Wnt signaling in cultured adult hippocampal progenitors (AHPs) for both canonical Wnt signaling in proliferating AHPs and non-canonical Wnt signaling in differentiating AHPs. Specific knockdown of ATP6AP2 in neural progenitor cells in vivo resulted in a decreased induction of neuronal cell fate and severe morphological defects of newborn neurons, likely via altering both canonical and non-canonical Wnt signaling. Furthermore, in vivo knockdown of PCP core proteins CELSR1-3 and FZD3 mimicked the maturational defects of ATP6AP2-deficient neuroblasts but did not affect granule cell fate. In summary, the data presented here characterize a transition of Wnt signaling responsiveness from Wnt/ß-Catenin signaling to non-canonical Wnt/PCP signaling in the course of granule cell fate that was confirmed in a human pluripotent stem cell (hPSC)-based model of dentate granule neurogenesis. Our findings suggest that these pathways show stage-dependent activities and regulate distinct steps of adult dentate granule cell neurogenesis. Conclusively, we provide evidence for a stage-specific regulation of fate determination through the Wnt/ß-Catenin pathway and granule cell morphogenesis through the Wnt/PCP signaling pathway, including the FZD3-CELSR1-3 system. Additionally, the Wnt adaptor protein ATP6AP2 is involved in earlier and later stages of adult neurogenesis and its knockdown in vivo resembles all phenotypic features of both canonical and Wnt/PCP signaling mutants.

In der vorliegenden Arbeit wurde die Bedeutung eines neu entdeckten Renintranskriptes für das Überleben kardialer Zellen nach Ischämie-relevanten Bedingungen wie der Glukosedepletion, Anoxie sowie Blockierung der Atmungskette mit Rotenon untersucht. Dabei zeigte sich durch Überexpression des zytosolischen Renins eine verbesserte Toleranz der H9c2-Zellen gegenüber den Stressfaktoren, da deren Überexpression sich protektiv auf den ATP-Gehalt und den Zelltod auswirkte. Seit der nach vorangegangenem Myokardinfarkt beobachteten selektiven Hochregulierung eines 1999 neuentdeckten alternativen Renintranskriptes, des Exon(1A-9)Renin-Transkriptes, vermutet man seine Funktion im Rahmen ischämischer Prozesse am Herzen. Das Exon(1A-9)Renin stellt dabei ein verkürztes Transkript dar, das ein nicht-sekretorisches, zytosolisches Protein kodiert. Weitergehende Untersuchungen in vitro weisen auf eine kardioprotektive Funktion des alternativen Renintranskriptes hin. Ferner belegen ex-vivo-Untersuchungen eine signifikant reduzierte Infarktgröße von Herzen transgener Exon(2 9)Renin-überexprimierten Ratten im Vergleich zu den Kontrolltieren. Die zentrale Hypothese der vorliegenden Arbeit war, dass die Hochregulation des alternativen Exon(1A 9)Renin-Transkriptes mit einer protektiven Funktion des entstehenden Renins assoziiert ist. So konnte zunächst molekularbiologisch eine 5 fach zur Basalbedingung erhöhte Expression des Exon(1A 9)Renin-Transkriptes unter Ischämie-relevanten Faktoren wie der 24-stündigen Hypoxie und Glukosedepletion nachgewiesen werden. Des Weiteren erwiesen die H9c2-Zellen durch Überexpression des zytosolischen Renins eine verbesserte Toleranz gegenüber Ischämie-relevanten Bedingungen, denn es zeigte sich eine Aufrechterhaltung des ATP-Gehaltes sowie eine Reduktion des Zellunterganges unter den Stressbedingungen. Dabei konnte vor allem der nekrotische Zelltod verhindert werden, der bekanntlich mit einer Entzündungsreaktion einhergeht und erhebliche Konsequenzen für das folgende Remodelling des Gewebes aufweist. Ferner konnte eine schützende Funktion des zytosolischen Renins im Rahmen des oxidativen Bursts detektiert werden, da ein Anstieg der zytosolisch lokalisierten ROS, der unter Glukosedepletion und Anoxie nachweisbar war, durch die Überexpression des Renins verhindert werden konnte. Die Arbeit weist nach, dass das zytosolische Renin im Gegensatz zum sekretorischen Renin bei Glukosemangel, Hypoxie und oxidativen Stress weiterreichende protektive Wirkungen hat, die möglicherweise zukünftig in der Therapie des Herzinfarktes und Herzinsuffienz ausgenutzt werden könnten.

Die Transportproteine Multidrug Resistance-associated Protein (MRP) 1, MRP2, MRP3, MRP4 und P-Glykoprotein (Pgp) nehmen Schlüsselrollen bei der zellulären Detoxifikation und bei der Elimination harnpflichtiger sowie hepato-biliär ausgeschiedener Substanzen ein und zeichnen sich durch gemeinsame Substratspezifitäten aus. In der vorliegenden Arbeit wurde ein Kreuztransplantationsmodell der Nieren zwischen Lewis-1W-Ratten (Wildtyp) und kongenen MRP2-defizienten (MRP2[-/-]) Ratten etabliert, bei dem Wildtyp- und MRP2[-/-]-Ratten jeweils als Spender und als Empfänger dienten. Anhand dieses Modells konnten die Hypothesen untersucht werden, dass die renalen und hepatischen Transkriptgehalte von MRP1, MRP2, MRP3, MRP4 und Pgp bei nativen MRP2[-/-]-Ratten durch die MRP2-Defizienz (erste Hypothese), durch nierenspezifische MRP2-Defizienz (zweite Hypothese) und durch die Nierentransplantation an sich bei MRP2-defizienten Ratten stärker als bei Wildtyp-Ratten (dritte Hypothese) beeinflusst werden. Bei nativen MRP2[-/-]-Ratten wurden erhöhte hepatische MRP3- und Pgp-Transkriptgehalte sowie ein erniedrigter renaler Pgp-Transkriptgehalt gefunden. Nierenspezifische MRP2-Defizienz hatte keinen Einfluss auf die untersuchten Transkriptgehalte. Andererseits waren bei MRP2[-/-]-Empfängern die MRP1-Transkriptgehalte in der Niere höher und in der Leber niedriger als die bei Wildtyp-Empfängern unabhängig vom genetischen Hintergrund der transplantierten Nieren. Der Pgp-Transkriptgehalt transplantierter Wildtyp-Nieren war bei Wildtyp-Empfängern höher als bei MRP2[-/-]-Empfängern. Nach Transplantation von MRP2-/--Nieren war der hepatische MRP3-Transkriptgehalt bei MRP2[-/-]-Empfängern höher als bei Wildtyp-Empfängern. Bezüglich des hepatischen Pgp-Transkriptgehalts war es umgekehrt. Nach syngener Wildtyp-Nierentransplantation war im Vergleich zu nativen Wildtyp-Ratten lediglich der hepatische Pgp-Transkriptgehalt erhöht. Nach syngener MRP2[-/-]-Nierentransplantation waren die renalen MRP1- und MRP4-Transkriptgehalte höher und die hepatischen niedriger als die bei nativen MRP2[-/-]-Ratten. Der Pgp-Transkriptgehalt syngen transplantierter MRP2[-/-]-Nieren war höher als bei autochthonen Nieren nativer MRP2[-/-]-Ratten. Zusammenfassend konnte die MRP2-Defizienz der nativen MRP2[-/-]-Ratten auf transkriptionaler Ebene bestätigt werden. Durch die MRP2-Defizienz wurde die transkriptionale Regulation von MRP3 und Pgp bei nativen Ratten beeinflusst (erste Hypothese). Nach Nierenkreuztransplantationen wurden zwar keine Veränderungen auf transkriptionaler Ebene gefunden, publizierte Daten zum renalen MRP4-Proteingehalt geben jedoch Hinweise auf post-transkriptionale Regulationsmechanismen (Grisk et al., 2009). Außerdem scheint der genetische Hintergrund der Empfänger bei Transplantationen von Wildtyp- und MRP2[-/-]-Nieren für die untersuchten Transkriptgehalte von MRP1, MRP3 und Pgp von Bedeutung zu sein (zweite Hypothese). Die untersuchten Transkriptgehalte scheinen bei MRP2[-/-]-Ratten durch die syngene Nierentransplantation in größerem Umfang beeinflusst zu werden als bei Wildtyp-Ratten (dritte Hypothese).