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Diese Arbeit hatte zum Ziel, die Interkonversion der adrenalen Prekursor-Hormone DHEA und seines Sulfatesters DHEAS in Leberzellen zu untersuchen. Zunächst konnte mit Hilfe semiquantitativer RT-PCR gezeigt werden, dass die Expression der an der Interkonversion von DHEA und DHEAS beteiligten Schlüsselenzyme (STS, SULT2A1, SULT2B1a und SULT2B1b) in der Leberzelllinie HepG2 der von normalen Lebergewebe entspricht und sich die HepG2-Zellen somit als Modell für die physiologischen Abläufe in der menschlichen Leber eignen. Es zeigte sich weiterhin, dass sowohl in der Leber als auch in den HepG2-Zellen die Sulfotransferase SULT2A1 im Vergleich zu den beiden SULT2B1-Isoformen deutlich stärker exprimiert wird und daher eine prädominante Rolle für die Sulfonierung von DHEA spielen dürfte. Weiterhin zeigte sich, dass in den HepG2 Zellen keine Konversion von DHEAS zu DHEA zu beobachten war. Umgekehrt konnte jedoch eine deutliche Konversion von DHEA zu DHEAS gezeigt werden. Entgegen der bisherigen Vorstellung, scheint daher die Leber kein Ort der DHEA-Regenerierung aus DHEAS zu sein. Ausserdem wurde der Einfluss der proinflammatorischen Zytokinen (IL-6, Il-1beta; und TNF-alpha;) auf die Interkonversion von DHEA und DHEAS untersucht, wobei sich kein Einfluss auf die Enzymaktivität von STS oder SULT beobachten ließ. Im Gegensatz dazu fand sich jedoch eine konzentrationsabhängige Aktivierung der Sulfotransferase-Aktivität nach Inkubation mit Dexamethason, das ein potentes antiinflammatorisches Therapeutikum darstellt.
Tibolon ist seit 1999 in Deutschland zur Therapie klimakterischer Beschwerden bei Frauen in der Postmenopause zugelassen. Einzigartig im Vergleich mit anderen Hormonersatztherapien ist, das neben der östrogenen und gestagenen Wirkung auch eine androgene Aktivität besteht. Die unterschiedlichen Wirkmechanismen sind auf die rasche Konversion von Tibolon in seine drei Hauptmetaboliten 3a-Hydroxy-, 3b-Hydroxy-Tibolon und das d4-Isomer zurückzuführen. In einer klinischen Studie, in der Frauen in der Postmenopause ein Jahr mit Tibolon behandelt wurden, konnte gezeigt werden, dass es zu einer Veränderung des totalen und des freien Testosterons, des Androstendions, des DHEAS und des SHBG im Serum der Patientinnen kommt. Dabei ist bisher unklar gewesen, weshalb diese Verschiebungen entstehen, da sie nicht mit einer direkten Aktivierung des Androgenrezeptors zu erklären sind. Eine mögliche Ursache ist die Inhibition oder Induktion von Enzymen der Androgenbiosynthese durch Tibolon. Diese Arbeit hat deshalb den Fokus auf die zwei Schlüsselenzyme CYP17A1 und 3b-HSD II gelegt. Untersucht wurde mit Hilfe eines in vitro Hefeexpressionsversuchs, ob Tibolon und seine drei Hauptmetaboliten die Enzyme CYP17A1 und 3b-HSD der Androgenbiosynthese inhibieren. Dazu wurden die Vektoren V10 mit der humanen cDNA-Sequenz für CYP17A1 bzw. 3b-HSD II in Hefen vom Wildtyp W303B transformiert. Für CYP17A1 wurde zusätzlich der Vektor pYcDE2 mit der P450-Oxidoreduktase als Ko-Enzym benötigt. Nach Präparation der mikrosomal gebundenen Enzyme erfolgte die Inkubation der Enzyme mit den radioaktivmarkierten Steroiden auf Pregnenolon für 3b-HSD II und mit 17OHProgesteron für CYP17A1 sowie die Exposition mit Tibolon bzw. eines Metaboliten. Die Versuche zeigten eine signifikante Inhibition des Enzyms CYP17A1 durch das d4-Isomer des Tibolons. Das Enzym 3b-HSD II wurde sowohl durch Tibolon als auch durch die drei Metaboliten statistisch signifikant gehemmt. Eine Reduktion der Syntheseleistung der Enzyme war jedoch erst ab einer Konzentration von 1 bis 10 µM nachweisbar und übersteigt damit den bei 50 nM liegenden physiologischen Plasmaspiegel von Tibolon bzw. seiner Metaboliten. Da Tibolon jedoch zu 75 Prozent in sulfatierter Form im Serum zirkuliert und in verschiedenen Geweben in mehr als der zehnfach höheren Konzentration als im Plasma nachweisbar ist, ist eine in vivo Inhibition von 3b-HSD II durch Tibolon durchaus möglich. Die Veränderungen der Steroide im Plasma nach einjähriger Tibolontherapie können somit durch eine Inhibition der Steroidsynthese bedingt sein.
Durch die Konzeption des Versuchsaufbaus und der Wahl der Komponenten konnte die aktuelle Arbeit an intakten isolierten Mäuseherzen zeigen, dass unter weitgehend physiologischen in-vitro-Bedingungen die Möglichkeit besteht, mit Hilfe des Biolumineszenzproteins Aequorin Messungen der intrazytoplasmatischen Ca2+- Konzentration während eines einzelnen Herzschlages mit einer Frequenz von 420 Schlägen pro Minute zu gewinnen und diese gleichzeitig in die linksventrikuläre Funktion integrieren zu können. Das wesentliche Ergebnis dieser Arbeit ist dabei, dass während moderater Arbeitsbelastung der Verlust eines effizienten CK-Systems transgener CK-defizienter- Herzen (CKM/Mito-/) hinsichtlich des intramyokardialem Calciumstoffwechsels und der linksventrikulären Funktion durch Adaptionsmechanismen offensichtlich gut kompensiert wird. Allerdings wird in Situationen des Ungleichgewichtes zwischen Energieversorgung und Energieverbrauch, ausgelöst durch Ischämie und anschließende Reperfusion, eine signifikante Verschlechterung der linksventrikulären Funktion und gleichzeitig der Ca2+-Homöostase sichtbar, was einen weiteren Beweis für die enge Beziehung zwischen myokardialer Energetik und des Ca2+-Haushaltes insbesondere in CK-defizienten Herzen unter metabolischem Stress darstellt. Schließlich zeigt die simultane Aufzeichnung des Ca2+-Signals und die Druckentwicklung des linken Ventrikels, dass es schon vor der Entwicklung der ischämischen Kontraktur zur intrazytoplasmatischen Veränderung der Ca2+-Homöostase kommt, die durch eine unzureichende Bereitstellung durch ATP ausgelöst wird und maßgeblich durch das Fehlen eines effizienten Energietransportsystem in Form der Kreatinkinase bedingt sein könnte.
Das ß-Rezeptorensystem spielt nicht nur eine wesentliche Rolle in der Modula-tion von linksventrikulärer Funktion und Herzfrequenz, sondern ist auch an der Entwicklung der Herzinsuffizienz maßgeblich beteiligt. Es konnte bereits in vorherigen Arbeiten gezeigt werden, dass eine herzspezifische Überexpression des ß1-adrenergen Rezeptors an transgenen Mäusen initial zu einer gesteigerten Kontraktilität, im weiteren Verlauf zu einer linksventrikulären Hypertrophie und schließlich zu einer Herzinsuffizienz führt. Da Veränderungen im kardialen Energiestoffwechsel ein Charakteristikum für alle Formen der Herzinsuffizienz sind, wurde in der vorliegenden Arbeit untersucht, ob Veränderungen im myokardialen Energiestoffwechsel dieser Mäuse vor den Zeichen einer kardialen Dysfunktion nachweisbar sind. Dazu wurden an isolierten Langendorff-perfundierten Herzen von 4 Monate alten Wildtyp- und ß1-überexprimierten Mäusen (TG) simultan die linksventrikuläre Funktion und der Energiestoffwechsel (31P-NMR-Spektroskopie) bei unterschiedlichen Arbeitslastbedingungen charakterisiert. Die isovolumetrische linksventrikuläre Funktion (Druck-Frequenz-Produkt) der ß1-überexprimierten Herzen unterschied sich nicht von der der Wildtyp-Herzen. Das Phosphocreatin (PCr)/ATP-Verhältnis war jedoch unter gleichen Lastbedingungen in den ß1-überexprimierten Herzen signifikant niedriger als in denen der WT-Herzen. Parallel zeigte sich im Vergleich zu den WT-Herzen eine Verringerung des Gesamtcreatin-Gehalts (gemessen mittels HPLC). Des Weiteren konnten eine signifikante Abnahme des Creatintransporter-Gehalts, der Aktivität der mitochondrialen und der totalen Creatinkinase sowie der Aktivität der Citratsynthase (als Marker der Mitochondriendichte) nachgewiesen werden. Zusammenfassend erbringen damit diese noch vor der Entwicklung einer linksventrikulären Dysfunktion in transgenen Herzen nachweisbaren Veränderungen im Creatinkinase-System, im Creatinstoffwechsel und im Bereich der mitochondrialen Proteine einen weiteren Hinweis dafür, dass Veränderungen im myokardialen Energiestoffwechsel eine mitentscheidende Rolle bei der Verschlechterung der Herzleistung nach chronischer ß-adrenerger Stimulation spielen.
Nach dem heutigen Wissenstand wird die Hämoxygenase-1 unter pathologischen Bedingunge der Niere, z.B. Ischämie, expremiert. Man nimmt an, dass die Hämoxygenase-1 eine Schutzfunktion für die Niere besitzt. Um dies zu bestätigen, führten wir eine tierexperimentelle Arbeit mit Ratten (n=101) durch in der wir durch Clamping der Nierenarterie ein reproduzierbares akutes ischämisches Nierenversagen induzierten. Bei einem Teil der Tiere wurde anschließend die Hämoxygenase durch injektion von SnMP gehemmt. Die Ratten wurden in 5 Gruppen randomisiert (Tag-0, Clamping+SnMP, Clamping+NaCl, Sham+SnMP, Sham+NaCl). In der Inulin/PAH-Clearance zeigte sich am ersten postoperativen Tag eine signifikante Verschlechterung bei den Clamping+SnMP-Tieren im Vergleich zu den Clamping+NaCl-Tieren. Die Ergebnisse wurden durch die erhöhten Retentionswerte und die erniedrigte PAH-Nettosekretion der Clamping+SnMP-Tiere unterstüzt. Die Gabe von SnMP hatte auf die nicht geclampte Niere bei den Sham-Tieren keinen Einfluss auf die Nierenfunktion. Dies zeigt, dass die Hämoxygenase-1 eine Schutzfunktion der Niere darstellt.
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.
Nuclear Faktor kappa B (NF-kB) ist ein ubiquitärer Transkriptionsfaktor für zahlreiche Proteine und wird durch viele verschiedene Reize aktiviert. Es wird angenommen, dass NF-kB auch bei der Progression der chronischen Herzinsuffizienz beteiligt ist. In dieser Arbeit wurde die Aktivität des NF-kB in peripherer Leukozyten von Patienten mit einer chronischen Herzinsuffizienz untersucht. Im Vergleich zu gesunden Probanden war bei Patienten mit einer stabilen Herzinsuffizienz und ohne offensichtlich andere Gründe für eine NF-kB-Aktivierung NF-kB vermehrt aktiv. Daneben zeigte sich eine negative Korrelation von NF-kB-Aktivität und den NYHA-Stadien.