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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.
Ein intaktes und funktionsfähiges Endothel ist eine entscheidende Vorraussetzung für ein funktionierendes Herz-Kreislaufsystem. Eine Dys-funktion des Endothels ist ein zentrales Glied in der Pathogenese zahlreicher Gefäßkrankheiten (Hypertonie, Atherosklerose, u.a.). Mehrere Mediatoren, welche die vasodilatierende und vasokontraktile Wirkungen des Endothels regulieren, sind für ein physiologisches Zusammenspiel der vernetzten Regel-kreise des Endothels verantwortlich. Ziel dieser Arbeit war es, den Einfluss von Östrogenen (Ethinylöstradiol) und Gestagenen (Medroxy-Progesteron-Acetat, MPA) bzw. von Drospirenon (aus Ethinylöstradiol und Gestagen) bei ovarektomierten Ratten auf das Gefäß-endothel und die Vasomotorik zu untersuchen. Hierfür wurden isolierte, vorgespannte Segmente der Aorta descendens der Versuchstiere in der Organkammer untersucht. Es erfolgte die Untersuchung der Endothel-abhängigen Gefäßreaktion als dosisabhängige Relaxation auf Acetylcholin mit und ohne Vorinkubation mit Diclofenac bzw. L-NAME, sowie der Endothel-abhängigen Gefäßreaktion auf Sodium-Nitroprussid. Zusätzlich wurde die dosisabhängige Kontraktion auf Norepinephrin bei Vorinkubation mit Diclofenac bzw. L-NAME evaluiert. Die Endothel-abhängige Relaxation auf Acetylcholin ergab bei den mit Drospirenon sowie Spironolacton behandelten, ovarektomierten Tieren ein Relaxationsverhalten, wie es auch typisch für unbehandelte Wildtyp-Ratten ist. Bei den Placebo-behandelten Tieren zeigte sich jedoch eine deutliche Beeinträchtigung der Endothel-abhängigen Relaxation, welche sich durch eine Präinkubation mit dem Arachidonsäure-Synthese-Hemmer Diclofenac egali-sieren liess. Eine stärkere Einschränkung der Endothel-abhängigen Relaxation zeigte sich bei den mit MPA-behandelten Tieren, bei denen sich auch durch Präinkubation mit Diclofenac keine Normalisierung der Gefäßreaktion erzielen ließ. Eine Vorbehandlung mit dem NOS-Inhibitor L-NAME führte zu einem vollständigen Ausfall der Endothel-abhängigen Relaxation mit einer bei steigender Ach-Dosierung auftretenden „paradoxen“ Kontraktion. Bei den mit MPA-behandelten Ratten war dieser Effekt nicht zu beobachten. Die Endothel-unabhängige Relaxation auf SNP war in allen Gruppen ver-gleichbar, mit Ausnahme der Tiere, die MPA erhielten. Bei diesen Tieren war die Endothel-unabhängige Gefäßantwort beeinträchtigt. Die Kontraktion auf Norepinephrin bei Präinkubation mit Diclofenac fiel in allen Gruppen einheitlich aus. Auch bei Präinkubation mit L-NAME zeigte sich in allen Versuchsgruppen eine vergleichbare Gefäßreaktion, wobei die Kontraktion hier in allen Gruppen diskret stärker ausfiel, als ohne Gegenwart von L-NAME. Zusammenfassend konnte in dieser Arbeit gezeigt werden, dass Ethinyl-östradiol zu keiner funktionell relevanten Beeinträchtigung der Endothelfunktion führt. Medroxy-Progesteron-Acetat hingegen führte in dieser Versuchs-anordnung zu einer deutlichen Einschränkung der Endothelfunktion und beeinträchtigte die Relaxationsfähigkeit der Gefäße erheblich. Im Gegensatz zu Progesteron konnte unter den Bedingungen dieser Arbeit zumindest kein Endothel-schädigender Effekt für Östrogene nachgewiesen werden. Inwieweit Östrogene – über längere Zeit appliziert – in der Lage sind, eine „Endothel-protektive“ Wirkung zu entfalten, kann jedoch im Rahmen der vorliegenden Versuchsanordnung nicht abschließend beurteilt werden.