Herzfunktion in eNOS-überexprimierenden transgenen Mäusen

Stickstoffmonoxid (NO) ist ein wichtiges Signalmolekül, daß sowohl im gesunden wie auch im kranken menschlichen Organismus insbesondere bei der kardiovaskularen Regulation eine eminente Rolle spielt. Die Bedeutung von NO wird unterstrichen durch die Beteiligung von NO an Krankheiten wie Hypertension und Herzversagen mit fehlender NO-Bildung oder Wirkung. Es gibt drei NO-Synthase (NOS) Isoformen: neuronale (nNOS), endotheliale (eNOS), und induzierbare (iNOS). Im Herzen tritt eNOS nicht nur in allen Typen des kardialen Enclotheliums auf sondern auch in Kardiomyozyten, die zustitzlich iNOS während Immun- oder Entzündungs-Reaktionen herstellen können. Auch nNOS wurde im Herzen gefunden, und zwar in den nitrergischen Neuronen. Die Aufgaben von NO im Herzen sind umstritten. NO vermittelt sowohl inotropische Signale durch adrenerge Agonisten, als auch chronotrope Wirkungen beta-adrenerger und muskarinischercholinergischer Substanzen. NO wirkt positive Inotrop in niedrigen Konzentrationen und negative Inotrop in hohen Konzentrationen. Der Einfluß von NO auf die Ischemia-Reperfusion ist unklar, weil eine protektive Wirkung sowohl bei Hemmung als auch bei Stimulierung der NO Produktion gezeigt werden konnte. Vorgeschlagen wurde auch eine aktive Rolle von NO bei der Regulation der Herzschlagfrequenz sowie bei der Modulierung kardialen Ionenkanäle. Um die Bedeutung von NO für die Herzfunktion aufzuklären, wurde ein transgenes Maus-Modell mit Oberexpression von humaner eNOS (under der Kontrolle der murine Myosin Heavy Chain Promoters) in Kardiomyozyten entwickelt. Damit, umgehen wir die durch NO-Donoren und Inhibitoren hervorgerufenen Probleme. Diese Mäuse, sowie Mäuse die eNOS ausschließlich im Herzen exprimieren (erhalten durch Kreuzung von eNOS-"knockout" Mäusen mit den eNOS-transgenen Mäuse), sollen bezüglich der (subzelluitiren) Lokalisation und dem Ausmaß der transgenen Proteinexpression, sowie bezüglich histopathologische Veränderungen des Herzens und anderer Gewebe untersucht werden. Die hemodynamischen Parameter wie Blutdruck und Herzschlagfrequenz unter normoxischen und ischemischen Bedingungen, sowie die metabolische, elektrische, und mechanische Funktion isolierter perfundierter Herzen sollen untersucht werden. Parameter umfassen NO, cGMP, und Endothelin. Schließlich soll die kardiale Membranleitfähigkeit und insbesondere die Auswirkungen von NO auf die Funktion kardialer Ca2+ Kanäle (L-Typ) mittels Einzel-Kanal "Patch-Klamp"- Methoden an isolierten transgenen Kardiomyozyten studiert werden. Mit Hilfe dieses transgenen Maus-Modells hoff en wir, neue Einblicke in die Rolle von NO im Herzen zu erhalten und damit die bestehende Debatte über schützende vs. schädigende Wirkungen von NO zu klären.

Stickstoffmonoxid (NO) ist ein weit-verbreitetes Signalmolekül, das eine Vielzahl biologischer Prozesse beeinflusst, wie etwa den Bluthochdruck, die Funktion der Blutplättchen, die Neurotransmission im Gehirn und die Immunabwehr gegen Bakterien. Neben diesen physiologischen Funktionen hat NO auch schädliche Wirkungen, v. a. bei Überproduktion des Moleküls wie sie im Rahmen von Entzündungs- und Herzkrankheiten auftreten kann. Daher werden beide Ansätze, also die Supplementierung von NO, aber auch die Drosselung seiner Biosynthese durch das Enzym NO-Synthase, als mögliche therapeutische Prinzipien betrachtet. Das Hauptziel dieses Projektes war es, die Rolle von NO in der normalen und pathologischen Herzfunktion besser zu verstehen. In Anbetracht der widersprüchlichen Ergebnisse bei früheren Untersuchungen wurde ein völlig neues experimentelles Modell gewählt: wir generierten transgene Mäuse, die die endotheliale NO-Synthase (die physiologische NO-Synthase-Isoform der Herzzellen) ausschließlich in den Herzmuskelzellen überexprimierten, während alle übrigen Zellen normale NO-Synthase und NO-Spiegel aufweisen. Die Überexpression ermöglicht es, NO-vermittelte Effekte im Herzen organgenau zu studieren, ohne die NO-Funktionen in anderen Geweben zu beeinträchtigen, wie dies bei den Gen-Knockout-Tieren oft der Fall ist. Wir untersuchten NO-Funktionen bei normaler Sauerstoffversorgung des Herzens sowie unter Sauerstoffmangel, einer pathophysiologisch wichtigen Bedingung. Ein wichtiger Aspekt dieses Projekts war die Herstellung von 3 Mäuselinien mit unterschiedlicher NO-Synthase- Überexpression, wodurch unterschiedlich starke NO-Effekte erzeugt wurden, analog zur Verwendung verschiedener Dosen eines NO-Pharmakons, aber ohne die Nachteile dieser Substanzen. Es wurden drei Linien näher charakterisiert, u. z. solche mit 20-, 40- bzw. 60-facher NO-Überproduktion verglichen mit den Kontrolltieren aus den gleichen Würfen. Dieses Ausmaß an Überexpression eines wichtigen zellulären Proteins ist ziemlich einzigartig und die Basis für weitere Studien zu pathologischen Aspekten der kardialen NO-Funktion, vor allem bei Zuckerkranken sowie Patienten mit Herzmuskelschwäche. Wichtige neue Erkenntnisse sind die verminderte Pumpkraft in Herzen mit hohen NO-Spiegeln, aber eine leichte Stärkung der Kraft bei Normalbedingungen. Die Kardiodepression durch NO ist ein Schutzmechanismus, der auf einer Desensitivierung der Myofilamente beruht, was besonders bei Sauerstoffmangel zum Tragen kommt. Weiters zeigten wir klar, dass NO für die neurohormonale parasymphatische Kontrolle der Herzfunktion keine Bedeutung hat. In weiteren Projekten mit diesem einzigartigen Modell werden wir die Rolle von NO im Zusammenhang mit der Herzschädigung bei Diabetes sowie bei experimentellen Formen der Herzmuskelentzündung studieren.