TY  - THES
A1  - Jager, Tertia ¬de¬
T1  - Estrogen action in the myocardium
T1  - Östrogenwirkung im Myokard
N2  - Cardiovascular disease is the leading cause of mortality in both men and women in the Western world. Earlier observations have pointed out that pre-menopausal women have a lower risk of developing cardiovascular disease than age-matched men, with an increase in risk after the onset of menopause. This observation has directed the attention to estrogen as a potential protective factor in the heart. So far the focus of research and clinical studies has been the vascular system, leaving the current knowledge on the role of estrogen in the myocardium itself rather scarce. Functional estrogen receptor-alpha as well as -beta have recently been identified in the myocardium, making the myocardium an estrogen target organ. The focus of this thesis was 1) to investigate the role of estrogen and estrogen receptors in modulating myocardial gene expression both in vivo in an animal model for cardiac hypertrophy (spontaneously hypertensive rats; SHR), as well as in vitro in isolated neonatal cardiomyocytes, 2) to investigate the mechanisms of the rapid induction of an estrogen target gene, the early growth response gene-1 (Egr-1) and 3) to initiate the search for novel estrogen target genes in the myocardium. 1) The effects of estrogen on the expression of one of the major myocardial specific contractile proteins, the alpha-myosin heavy chain (alpha-MHC) have been investigated. In ovarectomised animals treated either with 17beta-estradiol alone or in combination with a specific estrogen receptor antagonist, ICI 182780, it was shown that both alpha-MHC mRNA and protein were upregulated by estrogen in an estrogen receptor specific manner. The in vivo results were confirmed in vitro in isolated neonatal cardiomyocytes which showed that estrogen has a direct action on the myocardium potent enough to upregulate the expression of alpha-MHC. Furthermore it was shown that the alpha-MHC promoter is induced by estrogen in an estrogen receptor-dependent manner and first investigations into the mechanisms involved in this upregulation identified Egr-1 as a potential transcription factor which, upon induction by estrogen, drives the expression of the alpha-MHC promoter. 2) Previously it was shown that Egr-1 is rapidly induced by estrogen in an estrogen receptor-dependent manner which was mediated via 5 serum response elements (SREs) in the promoter region and surprisingly not via the estrogen response elements (EREs). In this study it was shown that estrogen-treatment of cardiomyocytes resulted in the recruitment of serum response factor (SRF), or an antigenically related protein, to the SREs in the Egr-1 promoter, which was specifically inhibited by the estrogen receptor antagonist ICI 182780. Transfection experiments showed that estrogen induced a heterologous promoter consisting only of 5 tandem repeats of the c-fos SRE in an ER-dependent manner, which identified SREs as promoter elements able to confer an estrogen response to target genes. 3) Potentially new target genes regulated by estrogen in vivo were analysed using hearts of ovarectomised animals as well as ovarectomised animals treated with estrogen. Analyses of cDNA microarray filters containing 1250 known genes identified 24 genes that were modified by estrogen in vivo. Among these genes, some might have potentially important functions in the heart and further analyses of these genes will create a more global picture of the role and function of estrogen in the myocardium. Taken together, the results showed that estrogen does have a direct action on the myocardium both by regulating the expression of myocardial specific genes in vivo, as well as exerting rapid non-nuclear effects in cardiac myocytes. It was shown that SREs in the promoter region of genes can confer an estrogen response to genes identifying SREs as important elements in regulation of genes by estrogen. Furthermore, 24 potentially new estrogen targets were identified in the myocardium, contributing to the general understanding of estrogen action in the myocardium.
N2  - Kardiovaskuläre Erkrankungen gehören zu den häufigsten Todesursachen in westlichen Ländern. Vor den Wechseljahren besteht für Frauen ein geringeres Risiko, Herzerkrankungen zu entwickeln als für gleichaltrige Männer. Nach dem Eintritt der Menopause sind diese geschlechtsspezifischen Unterschiede aufgehoben, da sich das Risiko bei Frauen erhöht. Dies deutet darauf hin, dass Östrogene kardioprotektiv wirken. Bislang konzentrierten sich sowohl Forschung als auch klinische Studien hauptsächlich auf das vaskuläre System, so dass wenig über die Rolle von Östrogenen im Myokard bekannt ist. Zwar wurde gezeigt, dass funktionelle Östrogenrezeptoren (alpha- und beta-Form) in Herzmuskelzellen exprimiert werden, ihre genaue Funktion im Myokard ist jedoch noch ungeklärt. Dies lieferte den Ansatzpunkt für die vorliegende Arbeit, die sich mit der Rolle von Östrogenen im Myokard beschäftigte. Dazu wurde 1) der Einfluss der Östrogene auf die Genexpression im Myokard sowohl in vivo mit Hilfe eines Tiermodells für Herzhypertrophie, der spontan hypertensiven Ratte (SHR), als auch in vitro an isolierten neonatalen Kardiomyozyten untersucht. 2) Weiterhin wurde der Mechanismus der schnellen Geninduktion durch Östrogene mit Hilfe eines bereits identifizierten östrogenresponsiven Gens, dem ?Early growth response gene-1? (Egr-1), analysiert. 3) Gleichzeitig wurden erste Versuche zur Identifizierung bislang unbekannter Östrogenzielgene im Myokard eingeleitet. 1) Die Beeinflussung der myokardiale Genexpression wurde an Hand eines myokardial spezifischen kontraktilen Proteins, der alpha-Myosinschwerkette (alpha-MHC), untersucht. Östrogensubstitution in ovarektomierten Ratten induzierte alpha-MHC sowohl auf mRNA- als auch auf Protein-Ebene in einer spezifisch durch Östrogenrezeptoren vermittelten Weise. In isolierten Kardiomyozyten konnten diese in vivo Ergebnisse bestätigt werden, indem gezeigt wurde, dass Östrogene direkt auf die Herzmuskelzellen wirken und die alpha-MHC-Expression induzieren. Weiterhin wurde die Östrogenrezeptor-abhängige Induktion des alpha-MHC-Promotors durch Östrogene nachgewiesen. Untersuchungen zu dem Mechanismus dieser Induktion identifizierten Egr-1 als potentiellen Transkriptionsfaktor, der durch Östrogene induziert wird und so die alpha-MHC-Induktion vermittelt. 2) Es wurde bereits in einer früheren Arbeit nachgewiesen, dass Egr-1 durch Östrogene in Kardiomyozyten induziert wird. Diese schnelle Induktion wird durch serumresponsive Elemente (SREs), nicht aber durch die östrogenresponsiven Elemente (EREs) im Egr-1 Promotor vermittelt. Zur Untersuchung des Mechanismus dieser schnellen Induktion konnte in der vorliegenden Arbeit gezeigt werden, dass Östrogenbehandlung die Bindung von SRF (serum response factor) an die SREs im Egr-1 Promoter auslöst. Ebenso wurde ein künstlicher Promotor aus 5 SREs des c-fos Promotors durch Östrogene induziert. Diese Induktion fand in einer spezifisch Östrogenrezeptor-vermittelten Weise statt. Damit konnten SREs neben EREs und AP-1 als Promoterelemente identifiziert werden, die eine wichtige Rolle bei der östrogenabhängigen Induktion von Zielgenen spielen. 3) Ein Ansatz zur Identifizierung neuer potentieller Östrogenzielgene im Myokard wurde etabliert. Mit Hilfe der Microarray-Technik wurde die Genexpression in Herzen von ovarektomierten, östrogenbehandelten Tieren mit unbehandelten Tieren verglichen. Durch die Verwendung von cDNA Mikroarray-Membranen mit 1250 cDNAs bekannter Rattengene wurden 24 Gene identifiziert, deren Expression möglicherweise durch Östrogene im Herzen beeinflusst werden könnte. Im Rahmen dieser Arbeit ist es somit gelungen zu zeigen, dass Östrogene eine direkte Wirkung auf das Myokard haben, indem sie die Expression des wichtigen kontraktilen Proteins a-MHC beeinflussen. Daneben vermitteln Östrogene auch schnelle nicht-genomische Geninduktionen via SREs. Zusätzlich wurden 24 potentiell neue Östrogenzielgene im Myokard identifiziert, was zu dem allgemeinen Verständnis der Östrogenwirkung im Myokard beiträgt.
KW  - Herzmuskel
KW  - Östrogene
KW  - Genexpression
KW  - Östrogene
KW  - Östrogenrezeptor
KW  - Myokard
KW  - alpha-Myosinschwerkette
KW  - Egr-1
KW  - serumresponsive Elemente
KW  - SRF
KW  - estrogen
KW  - estrogen receptor
KW  - myocardium
KW  - alpha-myosin heavy chain
KW  - Egr-1
KW  - serum response element
KW  - SRF
Y1  - 2002
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-1182573
ER  - 
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  -