TY  - THES
A1  - Jazbutyte, Virginija
T1  - Differential role of estrogen receptor isoforms in the cardiovascular system of young and senescent rats
T1  - Differenzielle Rolle der Estrogen Rezeptor Isoformen in dem kardiovaskulären System von jungen and seneszenten Ratten
N2  - Cardiovascular disease is the major cause of mortality morbidity in both men and women in industrialized countries. The incidence of cardiovascular diseases in pre-menopausal women is lower compared to age-matched men but the risk of heart diseases increases dramatically after the onset of menopause.Therefore, it has been postulated that female sex hormones play an important role in cardiovascular health in pre-menopausal women. In contrast to clinical data, which failed to show positive estrogen effects on cardiovascular system of post- menopausal women, extensive experimental studies indicated cardioprotective effects of estrogens in laboratory animals. The majority of experimental estrogen substitution studies were performed with young individuals, thus the effects of ageing remain neglected and are poorly understood. The present project is the first attempt to study the cardiac effects of each estrogen receptor isoform (estrogen receptor alpha (ERa) and estrogen receptor beta (ERb)) in adult (“menopausal”) and senescent (“post- menopausal”) hypertensive rats. The female senescent spontaneously hypertensive rats (SHR) served as a model system for age- associated hypertension in females whereas young individuals were used for control experiments. Young and senescent SHR rats were treated with 17b- estradiol as well as new estrogen receptor isoform selective ligands 16a-LE2 (ERa agonist) and 8b-VE2 (ERb agonist). The results showed different functions of both estrogen receptor isoforms in cardiovascular system: ERa attenuated cardiac hypertrophy but not hypertension whereas ERb could significantly reduce both, blood pressure and cardiac hypertrophy. Surprisingly, both agonists and 17b- estradiol were effective in young animals but not in senescent SHR rats. These findings match with the clinical data and could be related to altered estrogen metabolism in senescent rats, since estrogen plasma levels did not increase to measurable extent in senescent animals receiving estrogen. Estrogen is metabolized by several 17b- hydroxysteroid dehydrogenase isoforms. In the current study, 17b- hydroxysteroid dehydrogenase type 10 (17b- HSD10) was identified as a novel protein- protein interaction partner of estrogen receptor alpha ligand binding domain (ERaLBD) in human heart. Cellular localization experiments of ERa in the cardiac myocytes showed nuclear and cytosolic localization pattern which overlapped partially with that of cardiac mitochondria. 17b-HSD10 is localized only in mitochondria. Direct interaction of both proteins was confirmed by pull- down experiments where 17b-HSD10 could be co-precipitated with ERa. Interestingly, protein interaction could be detected only under estrogen- free conditions whereas the presence of estrogen in the system blocked this interaction. Enzymatic assay which was developed in our laboratory, helped to define functional relevance of this interaction. The data obtained from enzymatic assays and protein- protein interaction studies strongly suggest that estrogen receptor could play an important role in the control of intracellular (or mitochondrial) estogen metabolism. The second potential ERa interaction partner in the heart- bladder cancer associated protein 10 (BLCAP10) - was initially identified in non- invasive bladder cancer cell lines. BLCAP10 protein expression in the heart as well as its localization pattern in cardiac myocytes is shown in the last part of the theses. Due to perinuclear localization similarity with ERb, we conclude that BLCAP10 could interact with ERb rather than with ERa. Poor BLCAP10 protein overexpression and toxicity in both, bacteria and eukaryotic cells, suggested that BLCAP10 could be involved in cell- cycle and/ or protein expression control. In summary, the results showed that isoform selective activation of estrogen receptors exert divergent effects in the cardiovascular system both by upregulation of aMHC expression or by lowering blood pressure. Hormones were effective in young animals but had only minor effects in senescent rats. The new ERa protein- protein interaction partners identified during the project provide new information about estrogen receptor function in the heart and its possible role in the regulation of estrogen homeostasis.
N2  - In den Industrieländern sind kardiovaskuläre Erkrankungen die Hauptursache von Mortalität und Morbidität bei Männer und Frauen. Das Auftreten kardiovaskulärer Erkrankungen ist bei pre-menopausalen Frauen niedriger als bei Männern, doch steigt das Risiko nach der Menopause dramatisch an. Aus diesem Grund wurde postuliert, dass weibliche Sexualhormone eine wichtige Rolle bei der Prävention kardiovaskulärer Erkrankungen spielen. Obwohl in klinischen Studien für das Estrogen kein Effekt nachgewiesen wurde, ist dessen kardioprotektiver Effekt experimentell belegt. Dies mag daran liegen, dass in aller Regel für diese Experimente Jungtiere verwendet wurden. Hierdurch wurden die noch unzureichend verstandenen Auswirkungen der Alterung vermieden. In der vorliegenden Arbeit wurden zum ersten Mal kardioprotektive Effekte der beiden Estrogenrezeptor (ER)-Isoformen ERa und ERb in erwachsenen („menopausalen“) und seneszenten („post-menopausalen) hypertensiven Ratten nachgewiesen. Weibliche seneszente spontan-hypertensive Ratten (SHR) wurden als Modell für den Alters-assoziierten Bluthochdruck bei Frauen verwendet. Junge Ratten dienten als Kontrolle. Junge und seneszente Ratten wurden mit 17β-Estradiol und den neuen ERa- und ERb-Agonisten 16a-LE2 bzw. 8b-VE2 behandelt. Beide Estrogenrezeptor-Isoformen wirkten unterschiedlich auf das kardiovaskuläre System. So minderte 16a-LE2 die kardiale Hypertrophie, nicht aber die Hypertension, während 8b-VE2 sowohl Hypertrophie als auch Hypertension verringerte. Beide Agonisten und 17b-Estradiol waren überraschenderweise nur in jungen, nicht aber in seneszenten Ratten effektiv. Diese Ergebnisse korrelieren mit klinischen Daten und lassen sich vermutlich mit dem geänderten Estrogen-Metabolismus älterer Ratten erklären. So waren ihre Estrogen-Plasmaspiegel nach Estrogen-Injektion nicht erhöht. Estrogen wird durch zahlreiche Isoformen der 17b-Hydroxysteroid-Dehydrogenase metabolisiert. In dieser Arbeit wurde die Isoform Typ 10 (17b- HSD10) als bisher unbekannter Interaktionspartner für die Ligandenbindungs-Domäne des Estrogenrezeptors in menschlichen Herzen identifiziert. Der Estrogenrezeptor ERα wurde im Kern und Zytosol humaner Kardiomyozyten nachgewiesen. Zytosolisches Lokalisationsmuster deckte sich teilweise mit dem von Herzmitochondrien. 17b- HSD10 ist ausschließlich in Mitochondrien vorhanden. Die direkte Interaktion zwischen ERa und 17b- HSD10 wurde mit pull down-Experimenten bestätigt, wo beide Proteine co-präzipitiert wurden. Die Interaktion von ERa und 17b- HSD10 wurde interessanterweise nur unter estrogenfreien Bedingungen nachgewiesen, während Estrogen diese Interaktion blockierte. Mit den in unserem Labor etablierten enzymatischen Untersuchungen wurde die funktionelle Bedeutung dieser Interaktion untersucht. Diese Ergebnisse sowie die Protein-Protein Interaktionsstudien lassen auf eine wichtige Rolle des Estrogen-Rezeptors ERa bei der Kontrolle des zellulären und mitochondrialen Estrogen-Metabolismus schließen. Der zweite Interaktionspartner von ERa ist BLCAP10, das „Bladder Cancer Associated Protein 10", das ursprünglich in Zelllinien nicht-invasiver Blasenkarzinome entdeckt wurde. Die Ergebnisse zur Expression von BLCAP10 im Herzen sowie das Lokalisationsmuster in Kardiomyozyten sind im letzten Teil der Arbeit vorgestellt. Wegen der Ähnlichkeit der perinukleären Lokalisation von BLCAP10 und ERb erscheint eine Interaktion beider Proteine möglich. Die geringe Überexpression von BLCAP10 in Bakterien und eukaryotischen Zellen deutet auf eine Funktion von BLCAP10 im Zellzyklus oder bei der Proteinexpression hin. Die Ergebnisse zeigen somit, dass eine Isoform-selektive Aktivierung von Estrogenrezeptoren divergente Effekte im kardiovaskulären System auslösen. So kommt es zu einer Hochregulierung der aMHC-Expression oder zur Senkung des Bluthochdrucks. Hormone, 17b-Estradiol bzw. die Agonisten 16a-LE2 und 8b-VE2, waren effektiv in jungen Tieren, zeigten aber nur geringe Effekte in alten Tieren. Der in dieser Arbeit identifizierte neue Interaktionspartner von ERa, das 17b-HSD10, liefert neue Informationen zur Funktion des Estrogenrezeptors im Herzen und zur möglichen Rolle bei der Regulierung der Estrogen-Homeostasis.
KW  - Östrogene
KW  - Kardiovaskuläres System
KW  - Östrogen- Rezeptor
KW  - Agonist
KW  - Estrogen receptor alpha
KW  - agonist
KW  - ligand binding domain
KW  - protein- protein interaction partner
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-24247
ER  - 
TY  - THES
A1  - Mühlfelder, Melanie
T1  - Protektive kardiovaskuläre Effekte weiblicher Sexualsteroide - Estrogenrezeptoren reduzieren den Aldosteron-induzierten oxidativen Stress in glatten Gefäßmuskelzellen
T1  - Protective effects of female sex hormones in cardiovascular system - Both estrogen receptor subtypes, ERα and ERβ, prevent aldosterone-induced oxidative stress in VSMC
N2  - Reaktive Sauerstoffspezies (ROS, engl. reactive oxygen species) sind hochreaktive Biomoleküle, die in geringen Konzentrationen ubiquitär als Produkte des normalen zellulären Metabolismus entstehen. Zum Schutz vor irreversiblen oxidativen Schädigungen durch diese Moleküle, besitzt der Organismus antioxidative Enzyme und nicht-enzymatische Antioxidantien, die ROS neutralisieren. Eine pathophysiologische Zunahme der Generierung und Freisetzung von ROS und/oder verminderte zelluläre Abwehrmechanismen gegen diese können, in Folge einer gestörten Redox-Homöostase, zur Ausbildung des sog. „oxidativen Stresses“ führen, der unter anderem mit einer Reihe kardiovaskulärer Erkrankungen assoziiert ist. Das Steroidhormon Aldosteron (ALDO), das der Gruppe der Mineralocorticoide angehört, besitzt für den Wasser- und Elektrolythaushalt eine essentielle Bedeutung. Als Agonist bindet ALDO an Mineralocorticoidrezeptoren (MR) in der Niere und im Kolon und stimuliert unter physiologischen Bedingungen über die Aktivierung des MR die renale Rückresorption von Natriumionen und Wasser. Epidemiologische Studien sowie in vitro und in vivo Untersuchungen konnten einen kausalen Zusammenhang zwischen erhöhten ALDO-Serumwerten und/oder einer disproportional erhöhten MR-Aktivierung und einer gesteigerten ROS-Generierung im Herz-Kreislaufsystem belegen. Im Gegensatz zu ALDO besitzt das Sexualsteroid 17β-Estradiol (E2) protektive kardiovaskuläre Effekte. E2 fungiert über zwei intrazelluläre Estrogenrezeptor (ER)-Subtypen, ERα und ERβ, die nach ligandabhängiger Aktivierung als nukleäre Transkriptionsfaktoren die Expression spezifischer Zielgene regulieren. Neben ER-vermittelten vasodilatatorischen und antiinflammatorischen Wirkungen innerhalb der Blutgefäße und des Myokards besitzt E2 unter anderem auch antioxidative Eigenschaften und das Potential die zelluläre Redox-Homöostase günstig zu beeinflussen. Auf Grund dieser Befunde wurde die Hypothese aufgestellt, dass E2 über einen ER-vermittelten Mechanismus dem ALDO-induzierten oxidativen Stress in glatten Gefäßmuskelzellen der Ratte (PRSMC, für engl. primary rat smooth muscle cells) entgegenwirkt. Zusätzlich sollte durch die Supplementation des ERα-spezifischen Agonisten 16α-LE2 und des ERβ-spezifischen Agonisten 8β-VE2 zu ALDO-behandelten Zellen untersucht werden, ob die beiden ER-Subtypen redundante, spezifische oder gegensätzliche Effekte bezüglich der aufgestellten Hypothese, besitzen. Durch Färbungen hormonbehandelter PRSMC mit dem ROS-sensitiven Fluoreszenzfarbstoff Dihydroethidium (DHE) und anschließender Quantifizierung der DHE-Fluoreszenzintensität konnte bestätigt werden, dass der ALDO-induzierte oxidative Stress durch die Kosupplementation von E2, 16α-LE2 und 8β-VE2 über einen ERα- und ERβ-vermittelten Mechanismus signifikant reduziert werden kann. Des Weiteren konnte im Verlauf dieser Arbeit belegt werden, dass die intrazelluläre Konzentration des Reduktionsäquivalents Nicotinamid-Adenin-Dinukleotid-Phosphat in seiner reduzierten Form (NADPH) in ALDO+E2-, ALDO+16α-LE2- und ALDO+8β-VE2-behandelten PRSMC im Vergleich zu nur mit ALDO-behandelten Zellen signifikant erhöht ist. Ferner konnte in Übereinstimmung mit diesen Ergebnissen gezeigt werden, dass die Kosupplementation von NADPH zu ALDO-behandelten Zellen, die DHE Oxidation in diesen Zellen signifikant unterbindet. Mittels Western Blot Analysen und Enzymaktivitätsassays hormonbehandelter PRSMC ließ sich schließlich nachweisen, dass ALDO die Enzymaktivität und Proteinexpression des NADPH generierenden Enzyms Glukose-6-phosphat Dehydrogenase (G6PDH) supprimiert. Weiter konnte innerhalb dieser Arbeit erstmalig bestätigt werden, dass E2 die Suppression der G6PDH-Aktivität durch ALDO unterbindet und die Enzymaktivität dieses Proteins wieder auf den basalen Wert anhebt. Zusammenfassend konnte in dieser Arbeit gezeigt werden, dass E2 der ALDO-induzierten lokalen ROS-Generierung in PRSMC ER-vermittelt entgegenwirkt. Der zugrunde liegende Mechanismus dieses Effekts basiert auf einer Aufrechterhaltung der G6PDH-Enzymaktivität, wodurch die Bioverfügbarkeit des Reduktionsäquivalents NADPH, das eine Schlüsselrolle im zellulären antioxidativen System spielt, gewährleistet wird.
N2  - Reactive oxygen species (ROS) are highly reactive bio-molecules produced as by-products during normal cellular metabolism. Cells are protected against ROS by cellular antioxidative defense mechanisms like antioxidative enzymes and reducing equivalents. However, if the cellular redox state is disrupted and the balance between ROS generation and ROS elimination is excessive, ROS are able to cause oxidative stress which plays an important pathophysiological role in the development of cardiovascular diseases. The mineralocorticoid hormone aldosterone (ALDO) mediates electrolyte and volume balance via binding and activation of its mineralocorticoid receptor (MR) to elevate systemic blood pressure through renal effects. However, excessive or disproportional MR activation is associated with oxidative stress. This results in a decreased bio-availability of nitric oxide (NO) and inflammation in the vasculature leading to fibrosis, vascular remodelling and endothelial dysfunction thereby contributing to hypertension as well as renal and cardiac failure. In contrast to ALDO, the sex hormone 17β-estradiol (E2) is known to have beneficial cardiovascular effects. E2 acts via its cognate intracellular estrogen receptor (ER) subtypes ERα and ERβ which are defined as nuclear ligand-activated transcription factors. E2 procure cardio- and vasoprotective effects among others by its antioxidative properties. Based upon these findings we proposed the hypothesis that ALDO and E2 may have opposing effects on ROS generation in rat vascular smooth muscle cells (PRSMC). Furthermore, the co treatment of E2 and the specific ER-agonists 16α-LE2 and 8β-VE2 to ALDO-treated cells should reveal whether the two ER-subtypes mediate redundant, specific or opposing effects. Respective experiments of dihydroethidium (DHE) fluorescent microphotography and quantification of its fluorescence intensity revealed that ALDO-induced oxidative stress can be attenuated by E2, 16α-LE2 and 8β-VE2. This effect was mediated by ERα and ERβ. Further experiments demonstrated that intracellular levels of the reduced form of nicotinamide adenine dinucleotide phosphate (NADPH) were significantly increased in ALDO-treated PRSMC co-supplemented with E2, 16α-LE2 and 8β-VE2. In good agreement with these findings, DHE fluorescence showed decreased ROS generation in ALDO treated cells after co-incubation with NADPH. Additionally, molecular and biochemical analyses gave evidence for restored activity and protein expression of the major intracellular NADPH generating enzyme glucose 6 phosphate dehydrogenase (G6PDH) in ALDO+E2 co-treated PRSMC; ALDO treatment alone caused a decrease in G6PDH activity and protein expression. Consequently, E2 can compensate the deleterious effects of ALDO in PRSMC via preservation of G6PDH activity. This enzyme stabilises bio-availability of NADPH, which in turn acts as a key player in cellular antioxidative defense.
KW  - Kardiovaskuläres System
KW  - Estrogene
KW  - Estrogenrezeptoren
KW  - Aldosteron
KW  - oxidativer Stress
KW  - cardiovascular system
KW  - estrogens
KW  - estrogen receptors
KW  - aldosterone
KW  - oxidative stress
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-64943
ER  -