Die Rollen von Fettsäuren und des PPAR alpha im Herzmuskel

Ziel des Projektes ist es, die Auswirkungen erhöhter freier Fettsäuren im Herzmuskel zu untersuchen. Mehrere Indizien sprechen für eine Rolle freier Fettsäuren in der Pathogenese von Kardiomyopathien. Gestörter Abbau freier Fettsäuren bei angeborenen Stoffwechselstörungen führt zu Kardiomyopathie und weist auf einen direkten toxischen Effekt hin. Freie Fettsäuren könnten auch in der Entstehung der diabetischen Kardiomyopathie eine Rolle spielen, da bei Insulinmangel die Energiegewinnung fast ausschließlich durch beta-Oxidation freier Fettsäuren stattfindet. Dieses Konzept wird auch durch Tiermodelle der Kardiomyopathie und des Diabetes unterstützt. Der durch peroxisomale Proliferatoren aktivierte Rezeptor PPAR-alpha steuert wichtige Funktionen des zellulären adaptativen Mechanismus bei, Erhöhung freier Fettsäuren. Neben lipidsenkenden Medikamenten sind Fettsäuren potente Aktivatoren und verstärken die Transkription von RNA für peroxisomale und mitochondriale Proteine. Obwohl der Mensch nicht mit Prolilferation von Peroxisomen reagiert, wird PPAR-alpha exprimiert und man findet entsprechende regulatorische Elemente in potentiellen Zielgenen. Mäuse mit defektem PPAR.alpha-Gen zeigen keine Reaktivität auf peroxisoniale Proliferatoren und keinen morphologisch fassbaren Phänotyp aber diskrete Veränderungen im Lipidstoffwechsel. Durch Untersuchungen von transgenen Mäusen, die humane Lipoprotein Lipase (hLPL) im Muskel überexprimieren, konnten wir zeigen, daß intrazelluläre Erhöhung von freien Fettsäuren eine Proliferation von Peroxisomen und Mitochondrien sowie eine Erhöhung von Markerenzymen verursacht. Im Gegensatz dazu fand sich keine Veränderung der mRNA des PPAR-alpha. Zusätzlich zeigte, sich eine Myopathie, die durch Glykogenspeicherung, Muskelfaserdegeneration und Muskelfaseratrophie charakterisiert war und humane Formen der Myopathie imitierte. Die Effekte von freien Fettsäuren auf den Herzmuskel sollen in mehreren transgenen Mausmodellen untersucht werden. In preliminären Untersuchungen an PPAR-alpha defizienten Mäusen, die hLPL im Skelet- und Herzmuskel überexprimieren, zeigte sich eine drastisch reduzierte Lebensspanne männlicher Tiere. Plasma- Fettsäuren waren erhöht und Glukose erniedrigt. In vitro Untersuchungen zeigte eine deutlich reduzierte myokardiale Funktion. Durch die gewebsspezifische Expression von hLPL werden freie Fettsäuren im Herzmuskel erhöht um so direkt die Auswirkungen auf die Herzfunktion und Morphologie untersuchen zu können. Durch Kreuzung mit PPAR-alpha defizienten Mäusen können PPAR-alpha spezifische Effekte erkannt werden. Zusätzlich soll untersucht werden, welche Proteine eine Veränderung des Expressionsmusters zeigen. Schließlich soll versucht werden, den beobachteten geschlechtsspezifischen Effekt im Bezug auf Herzfunktion und Lebenserwartung rückgängig zu machen. Wir glauben, daß diese transgenen Mausmodelle ein nützliches Werkzeug zur weiteren Untersuchung der Rolle freier Fettsäuren bei Herzerkrankungen darstellen und daß unsere Untersuchungen für die Klärung der Rolle von Fettsäuren bei humanen Kardiomyopathie wie der diabetischen Kardiomyopathie von Wichtigkeit sein könnten.

Ziel des Projektes war es, die Auswirkungen erhöhter freier Fettsäuren im Herzmuskel zu untersuchen. Mehrere Indizien sprechen für eine Rolle freier Fettsäuren in der Pathogenese von Kardiomyopathien. Gestörter Abbau freier Fettsäuren bei angeborenen Stoffwechselstörungen führt zu Kardiomyopathie und weist auf einen direkten toxischen Effekt hin. Freie Fettsäuren könnten auch in der Entstehung der diabetischen Kardiomyopathie eine Rolle spielen, da bei Insulinmangel die Energiegewinnung fast ausschließlich durch ß-Oxidation freier Fettsäuren stattfindet. Dieses Konzept wird auch durch Tiermodelle unterstützt. Um die Rolle von PPARa im Stoffwechsel freier Fettsäuren im Muskel zu untersuchen, wurden transgene Mäuse hergestellt, die humane LPL in Skelett- und Herzmuskel überexpremieren und denen PPARa fehlt. LPL-Überexpression im Skelettmuskel männlicher Tiere führt zu verlangsamtem Wachstum und zu reduzierter Lebenserwartung. Der zusätzliche Verlust von PPARa reduzierte diese noch stärker. Die Kombination beider Veränderungen resultiert in einer Dysfunktion des Herzmuskels. Diese Effekte werden von metabolischen Veränderungen begleitet, die wahrscheinlich die Herzfunktion beeinträchtigen. Es handelt sich um einen LPL und PPAR-/- bedingten Mangel an freien Fettsäuren, der nicht durch eine gesteigerte Transportrate von Fettsäuren in den Herzmuskel kompensiert wird. Die funktionelle Beeinträchtigung nach Verlust von PPAR wird nicht durch eine exzessive Fettspeicherung bedingt. Dies lässt darauf schließen, dass in Situationen, in denen freie Fettsäuren die primäre Energiequelle darstellen (wie im Fastenzustand und bei Diabetes mellitus), Kardiomyopathien auch durch andere Mechanismen verursacht werden können. Die Kombination genetischer Veränderungen wie LPL- Überexpression und Ausschaltung von PPARa stellt somit ein wertvolles Werkzeug dar, um physiologische, pathologische Veränderungen und die Interaktionen des zellulären Lipidstoffwechsels untersuchen zu können. Preliminäre Resultate deuten darauf hin, dass bei der Entstehung metabolischer Kardiomyopathien auch noch mehrere zusätzliche Gene eine Rolle spielen dürften. Erhöhte Spiegel triglyzerid-reicher Lipoproteine führen zu Fettspeicherung in der Wand von Arterien und lösen entzündliche Veränderungen wie die Expression endothelialer Adhäsionsmoleküle aus, die den Beginn der Arteriosklerose darstellen. Endogene Mechanismen, die diese Veränderungen limitieren können, sind größtenteils unbekannt. Da LPL durch die Spaltung triglyzerid-reicher Lipoproteine eine zentrale Rolle im Fettstoffwechsel spielt, untersuchten wir ihre Rolle in vitro und in vivo. Wir fanden, dass LPL Aktivität frühe, mit Arteriosklerose assoziierte Veränderungen rückgängig machen kann. Diese LPL Effekte fehlten in Endothelzellen von PPAR defizienten Mäusen. Dies deutet auf einen neuen anti-inflammatorischen Mechanismus der LPL hin. In vivo zeigten LPL-überexpremierende Mäuse eine Induktion von Peroxisomen, die in Abwesenheit von PPAR fehlt. Obwohl menschliches Plasma reichlich freie Fettsäuren enthält, finden sich nur minimale Mengen von PPAR- Aktivatoren. Hingegen zeigt sich eine starke Aktivierung durch LPL Gabe in vitro oder LPL Freisetzung in vivo. Interessanterweise induziert Fasten (ein Zustand der intrazellulären Triglyzeridverbrauch bedingt) ebenfalls PPAR Expression. Daher scheint PPAR ein integraler Bestandteil des adaptiven Mechanismus bei der Beantwortung unterschiedlicher Energieversorgungszustände zu sein und durch Fasten oder durch LPL-Aktivität nach Nahrungszufuhr aktiviert zu werden. Die Daten weisen auf einen neuen Weg hin, in dem das zentrale lipolytische Enzym LPL zirkulierende Lipoproteine in Liganden für PPAR umwandeln kann und so eine wichtige Verbindung zwischen Lipoprotein- Stoffwechsel und PPAR Effekten darstellt, die das Risiko für Arteriosklerose vermindern kann.