TY  - THES
A1  - Beck, Katharina
T1  - Die nitrerge Neurotransmission im Gastrointestinaltrakt der Maus
T1  - Nitrergic neurotransmission in the murine gastrointestinal tract
N2  - Die NO-sensitive Guanylyl-Cyclase (NO-GC) ist ein zentrales Enzym der NO/cGMP-Signalkaskade, das über die Aktivierung von NO zur Bildung des second messangers cGMP führt. Die NO-GC setzt sich aus zwei Untereinheiten zusammen, sodass zwei Isoformen des Enzyms gebildet werden können (α1β1 und α2β1). Da die genaue Verteilung der beiden Isoformen im Colon nicht bekannt ist, wurde diese im ersten Teil dieser Arbeit charakterisiert. Immunhistochemie und In-situ-Hybridisierung zeigten die Expression beider Isoformen sowohl in der glatten Muskelschicht als auch in der Submukosa und Lamina propria. Dabei war die α1β1-Isoform ubiquitär, die α2β1-Isoform dagegen hauptsächlich im Bereich des myenterischen Plexus vorzufinden.
In der glatten Muskelschicht des Colons ist die NO-GC in glatten Muskelzellen (SMC), interstitiellen Zellen von Cajal (ICC) sowie Fibroblasten-ähnliche Zellen (FLC) exprimiert und hauptsächlich in die Modulation der gastrointestinalen Motilität involviert. Zur spezifischen Charakterisierung der Funktion der NO-GC in den einzelnen Zelltypen wurden Knockout-Mäuse generiert, denen die NO-GC global (GCKO) oder spezifisch in SMC (SMC-GCKO), ICC (ICC-GCKO) oder beiden Zelltypen (SMC/ICC-GCKO) fehlt. Anhand dieser Mausmodelle sollten im zweiten Teil dieser Arbeit die modulatorischen Effekte der NO-GC auf die spontanen Kontraktionen des Colons bestimmt werden. Zur Charakterisierung der spontanen Kontraktionen der zirkulären Muskelschicht wurden Myographiestudien mit 2,5 mm langen Colonringen durchgeführt. Hierbei konnten drei verschiedene Kontraktionen gemessen werden: Kleine, hochfrequente Ripples, mittlere Kontraktionen und große Kontraktionen. Die detaillierte Analyse der einzelnen Kontraktionen zeigte einerseits eine NO-unabhängige Regulation der Ripples, andererseits eine NO-abhängige Modulation der mittleren und großen Kontraktionen über die NO-GC in SMC und ICC. Die NO-GC in SMC beeinflusst die Kontraktionen vermutlich vor allem über die Regulation des Muskeltonus der zirkulären Muskelschicht. Die NO-GC in ICC dagegen modifiziert die spontanen Kontraktionen möglicherweise über eine Veränderung der Schrittmacheraktivität. Allerdings führt erst ein Funktionsverlust des NO/cGMP-Signalweges in beiden Zelltypen zu einem sichtbar veränderten Kontraktionsmuster, das dem von globalen Knockout-Tieren glich. Dies weist auf eine kompensatorische Wirkung der NO-GC im jeweils anderen Zelltyp hin.
Zur Analyse der propulsiven Kontraktionen entlang des gesamten Colons wurden Videoaufnahmen der Darmbewegungen in Kontraktionsmusterkarten transformiert. Zudem wurde der Darm durchspült und die Ausflusstropfen aufgezeichnet, um die Effektivität der Kontraktionen beurteilen zu können. Hierbei zeigte sich, dass eine Beeinträchtigung des NO/cGMP-Signalweges eine verminderte Effektivität der Kontraktionen zur Folge hat und vermutlich durch eine beeinträchtige Synchronisation der Kontraktionen erklärt werden kann. In diesem Regulationsmechanismus konnte vor allem der NO-GC in SMC eine übergeordnete Rolle zugewiesen werden.
Der dritte Teil der Arbeit thematisierte den Befund, dass SMC-GCKO-Tiere ca. 5 Monate nach Tamoxifen-Behandlung Entartungen der Mukosa entwickelten. Diese Entartung war lediglich in Tamoxifen-induzierten Knockout-Tieren vorzufinden. Histologische Analysen identifizierten die Entartungen als tubulovillöses Adenom. Die Genexpressionsanalyse von Mukosafalten von SMC-GCKO-  und heterozygoten Kontrolltieren zeigte eine Vielzahl von Genen, welche spezifisch bei colorectalem Karzinom differenziell exprimiert sind. Einer dieser Faktoren war der BMP-Antagonist Gremlin1. Dieser Faktor erschien von besonderem Interesse, da er in Zellen der Lamina muscularis mucosae und kryptennahen Myofibroblasten exprimiert wird. Immunhistochemische Analysen ließen vermuten, dass diese Zellen sowohl die NO-GC als auch die Cre-Rekombinase unter dem SMMHC-Promotor exprimieren. Diese Arbeit liefert demnach Hinweise darauf, dass die NO-GC einen wichtigen Regulator innerhalb der Stammzellnische bildet. Die Deletion der NO-GC führt vermutlich zu einer verstärkten Bildung bzw. Sekretion von Gremlin1, was die Homöostase der mukosalen Erneuerung stört und somit zur Entwicklung von Adenomen führt.
N2  - The NO/cGMP signalling cascade is involved in many physiological processes. NO sensitive Guanylyl-Cyclase (NO-GC) is a key enzyme of this cascade, which is activated by NO and leads to the generation of the second messenger cGMP. As NO GC is comprised of two subunits two different isoforms exist (α1β1 und α2β1). However, the detailed distribution of the two isoforms in the colon is not known. Therefore, in the first part of this thesis, immunohistochemical staining and in situ hybridization was performed. The results showed NO-GC expression in the smooth muscle layer as well as in the submucosa and the lamina propria. Whereas the α1β1 isoform is expressed ubiquitously, expression of the α2β1 isoform is concentrated on the myenteric plexus.
In the smooth muscle layer, NO-GC expression has been shown specifically in smooth muscle cells (SMC), interstitial cells of Cajal (ICC) and fibroblast-like cells (FLC). The function has been mainly associated with modulation of gastrointestinal motility. To specify the role of NO-GC on colonic motility in each cell type, mice lacking NO-GC globally (GCKO) or specifically in SMC (SMC-GCKO), ICC (ICC-GCKO) or in both (SMC/ICC-GCKO) were used. First, organ bath studies were performed using small proximal colonrings of 2,5 mm size. These measurements showed three different contractions: small, high frequency ripples, intermediate contractions and large contractions. For each contraction type, NO dependence was analyzed: Ripples are regulated in a NO-independent manner. In contrast, intermediate and large contractions are modulated by NO via a mechanism involving both ICC and SMC: NO GC in SMC most likely modulates contractions by setting muscle tone, whereas NO GC in ICC interacts with the pacemaker activity.
Moreover, contractions along the whole colon were analyzed using spatiotemporal maps. These measurements revealed NO-GC to be related to the efficiency of propulsive long distance contractions (LDC). Impaired NO-GC signalling (e.g. in SMC-GCKO, GCKO mice or in the presence of NOS inhibitor L-NAME) resulted in altered appearance of LDC. Some of these LDC did not produce outflow. Thus, our results indicate a prominent role of NO-GC in SMC to synchronize contractions along the colon to result in effective propulsion.
The third part of the study focused on the potential involvement of NO-GC in adenoma development. This hypothesis was set up based on the observation that colon of SMC GCKO mice showed mucosal swellings five month after tamoxifen treatment. Histological analysis assumed the mucosal swellings as tubulovillous adenoma. Subsequent gene expression analysis of mucosal folds of SMC-GCKO and heterozygous control mice identified a variety of differentially expressed genes, among them the BMP antagonist Gremlin1. This factor is potentially influenced by NO-GC as it is expressed by cells of the lamina muscularis mucosae and myofibroblasts closely located to the colonic crypts. Immunohistochemical analysis of tdTomato reporter mice assumed the same cells to express NO-GC under control conditions and active Cre recombinase in SMC-GCKO colon. Thus, this work hypothesizes NO-GC to be involved in the regulation of mucosal renewal. Deletion of NO-GC likely increases Gremlin1 generation and/or secretion, leading to altered mucosal renewal and finally resulting in adenoma development.
KW  - Gastrointestinaltrakt
KW  - Cyclo-GMP
KW  - Colon
KW  - Motilität
KW  - Stickstoffoxid
KW  - Knockout-Mäuse
KW  - interstitielle Zellen von Cajal
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-159896
ER  - 
TY  - THES
A1  - Nordbeck, Peter Johann
T1  - Untersuchungen an Kreatinkinase-Knockout-Mäusen mittels MR-Tomographie : Kardialer Phänotyp und Remodeling nach Myokardinfarkt bei Kreatinkinase-Mangel
T1  - Investigations in creatine kinase knockout mice using MRI: Cardiac phenotype and remodeling after myocardial infarction following creatine kinase-deficiency
N2  - Transgene Tiermodelle ermöglichen seit einigen Jahren eine gezielte Untersuchung des Einflusses einzelner Gene, und damit auch ihrer entsprechenden Produkte und deren Substrate, auf die Integrität des Organismus. In der vorliegenden Arbeit wurde die Bedeutung der verschiedenen Isoenzyme der Kreatinkinase im Herzen untersucht, indem die kardiale Morphologie und Funktion dreier verschiedener Stämme von Kreatinkinase-Knockout-Mäusen mit der von Wildtyp-Mäusen verglichen wurde. Der Kreatinkinase wird eine wichtige Rolle im intrazellulären System zur Aufrechterhaltung der Energiehomöostase zugeschrieben, beim Menschen gehen verschiedene kardiale Erkrankungen mit Veränderungen des Kreatinkinase-Systems einher. Neben der Bestimmung verschiedener kardialer Parameter von Mäusen mit Knockout der kardialen Isoenzyme der Kreatinkinase wurde geprüft, inwieweit sich ein durch permanente Koronarligatur induzierter chronischer Myokardinfarkt auf die Morphologie und Funktion des Herzens bei Kreatinkinase-Knockout auswirkt. Als Methode kam hierzu die Cine-Fast Low Angle Shot (FLASH)-Magnetresonanzbildgebung zur Anwendung, die eine nicht invasive, präzise Erfassung verschiedener kardialer Parameter in vivo ermöglicht. Myokardmasse, links- und rechtsventrikuläre Volumina, Ejektionsfraktion, Herzzeitvolumina, Wanddicken sowie die Infarktgröße bei den infarzierten Kreatinkinase-Knockout-Mäusen konnten erstmalig in vivo bestimmt und mit Wildtyp-Mäusen verglichen werden. Es konnte gezeigt werden, dass im Alter von durchschnittlich 41 Wochen ein Knockout des mitochondrialen Isoenzyms der Kreatinkinase eine deutliche linksventrikuläre Hypertrophie sowie leichtgradige biventrikuläre Dilatation verursacht. Bei Knockout der M-Untereinheit der zytosolischen Isoenzyme und dadurch bedingtem Fehlen von CK-MM und CK-MB resultiert lediglich eine geringgradige konzentrische linksventrikuläre Hypertrophie. Der rechte Ventrikel zeigte bei allen Knockout-Mäusen lediglich geringe Veränderungen im Vergleich mit den Wildtypen. Die Herzfunktion war bei allen Tieren unter Normalbedingungen voll erhalten, Zeichen einer Herzinsuffizienz fanden sich nicht. Vier Wochen nach Infarzierung zeigten sich bei Knockout- und Wildtyp-Mäusen keine signifikanten Unterschiede in Herzmorphologie und Funktion. Die Mortalität nach Infarkt war in beiden Gruppen identisch. Die aus einem Fehlen der mitochondrialen Kreatinkinase resultierenden Defizite des Herzens können somit durch Ausbildung einer Hypertrophie kompensiert werden. Im Vergleich mit der mitochondrialen Form kommt den zytosolischen Isoenzymen der Kreatinkinase eine geringere Bedeutung bei der Aufrechterhaltung des Metabolismus und damit auch der Funktion des Herzens zu. Ein kombinierter Knockout sowohl der M-Untereinheit der zytosolischen CK als auch der mitochondrialen CK führt bezüglich der Morphologie und Funktion des Herzens zu keiner stärkeren Pathologie als bei selektiv mitochondrialem Knockout.
N2  - For several years, transgenic animal models have offered the possibility to determine the influence of specific genes, as well as their products and substrates, on the integrity of an organism. This study investigates the role of different creatine kinase-isoenzymes in the heart by comparing cardiac morphology and function of three different creatine kinase knockout mice with wild types. Creatine kinase is thought to play an important role in intracellular energy homeostasis and there are several human cardiac diseases which are coupled with changes in the creatine kinase system. In addition to assessing cardiac characteristics in creatine kinase-deficient mice, this work also focuses on the effects of chronic myocardial infarction in these animals. This was done by using cine-FLASH magnetic resonance imaging, which allows a non-invasive, precise in vivo-analysis of cardiac characteristics. This work marks the first time myocardial mass, volumes, ejection fraction, cardiac output and wall thickness, as well as infarction extent, were measured in vivo in creatine kinase-deficient mice and compared to wild types. The findings show that a knockout of mitochondrial creatine kinase is followed by distinct left ventricular hypertrophy and moderate biventricular dilatation in mice 41 weeks old. In contrast to these findings, a knockout of the main cytosolic creatine kinase isoenzymes only triggered slight left ventricular hypertrophy, but no dilatation was found. Changes in right ventricular parameters were minor, and there was no sign of diminished cardiac function at rest. Furthermore, no significant differences between creatine kinase knockout and wild type mice hearts were found four weeks after myocardial infarction. Mortality following infarction also did not differ. In conclusion, cardiac shortcomings that accompany a knockout of mitochondrial creatine kinase can be compensated by developing cardiac hypertrophy. Compared to mitochondrial creatine kinase, cytosolic isoenzymes play an inferior role in the upkeep of cardiac metabolism and function. Combined knockout of both mitochondrial and cytosolic creatine kinase does not cause increased pathological effects compared to selective mitochondrial creatine kinase knockout.
KW  - Kreatinkinase
KW  - Knockout-Mäuse
KW  - Myokardinfarkt
KW  - Remodeling
KW  - Kleintier-MRT
KW  - creatine kinase
KW  - knockout mice
KW  - myocardial infarction
KW  - remodeling
KW  - small animal MRI
Y1  - 2005
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-18075
ER  -