| License: Publishing license for publications excluding print on demand (11MB) |
- URN to cite this document:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-154667
- DOI to cite this document:
- 10.5283/epub.15466
| Item type: | Thesis of the University of Regensburg (PhD) |
|---|---|
| Date: | 12 October 2010 |
| Referee: | Prof. Dr. Jens Schlossmann and Prof. Dr. Frank Schweda |
| Date of exam: | 20 May 2010 |
| Institutions: | Chemistry and Pharmacy > Institute of Pharmacy > Pharmacology and Toxicology (Prof. Schlossmann, formerly Prof. Seifert) |
| Interdisciplinary Subject Network: | Not selected |
| Keywords: | IRAG, cGMP, cCMP, cGMP dependent protein kinase, NO, ANP, nitric oxide, smooth muscle relaxation |
| Dewey Decimal Classification: | 500 Science > 540 Chemistry & allied sciences 500 Science > 500 Natural sciences & mathematics |
| Status: | Published |
| Refereed: | Yes, this version has been refereed |
| Created at the University of Regensburg: | Yes |
| Item ID: | 15466 |
Abstract (German)
Der NO/cGMP- und ANP/cGMP- cGKI Signalweg spielt für zahlreiche physiologische und pathophysiolgische Prozesse, wie zum Beispiel Relaxation und Proliferation von glatter Muskulatur, Neurotransmission oder Thrombozytenfunktion eine bedeutende Rolle. cGKI moduliert im glatten Muskel überwiegend die [Ca2+]i bzw. die Sensibilität des kontraktilen Apparats auf gleichbleibende [Ca2+]i, wodurch die ...
Abstract (German)
Der NO/cGMP- und ANP/cGMP- cGKI Signalweg spielt für zahlreiche physiologische und pathophysiolgische Prozesse, wie zum Beispiel Relaxation und Proliferation von glatter Muskulatur, Neurotransmission oder Thrombozytenfunktion eine bedeutende Rolle.
cGKI moduliert im glatten Muskel überwiegend die [Ca2+]i bzw. die Sensibilität des kontraktilen Apparats auf gleichbleibende [Ca2+]i, wodurch die Kontraktilität beeinflusst wird. Das IP3-Rezeptor assoziierte cGKI Substrat IRAG bildet am endoplasmatischen Retikulum einen stabilen trimeren Komplex mit dem IP3RI und dem cGKIβ-Isoenzym. In vorhergehenden Arbeiten wurde an IRAG-Mausmutanten, bei denen die Interaktionsstelle von IRAG mit dem IP3RI zerstört wurde („coiled coil“-Domäne von IRAG, mutiert durch Deletion von Exon 12), ein Defekt in der Calciumregulation und in der kardiovaskulären und gastrointestinalen Glattmuskelrelaxation gefunden.
Um detaillierte physiologische Funktionen von IRAG im NO/cGMP und ANP/cGMP-Signalweg zu charakterisieren, wurde in dieser Arbeit eine IRAG-total-KO Mauslinie analysiert. Gastrointestinales (Colon und Jejunum) sowie kardiovaskuläres Gewebe (Aorta) zeigten einen starken Defekt in der cGMP-vermittelten Relaxation von Hormonanaloga-induziertem Tonus. Diese verminderte Relaxation war myographisch mit allen Stimulatoren der cGKI-Signalkaskade zu beobachten, entweder durch direkte Stimulation von cGKI mit einem cGMP-Analogon, durch endogene Stimulation der NO-Synthese (Acetylcholin bei intaktem Endothel), durch exogene NO-Applikation (DEA-NO) oder durch Aktivierung der pGC mittels ANP. IRAG spielt also bei der Hormon-induzierten Tonusregulation über das cGKI-Signalsystem eine entscheidende Rolle.
Eine radiotelemetrische Blutdruckanalyse von IRAG-defizienten Tieren ergab während der Wach- und Schlafphase im mittleren arteriellen Druck (MAP), in der Herzfrequenz, im Pulsdruck und in der Aktivität der Tiere keinen signifikanten Unterschied verglichen mit Wildtyp-Geschwistern. Ebenso fiel der MAP bei intraperitonealer Applikation von NO-Donoren (DETA-NO, SNP) und sGC-Aktivatoren (YC-1) bei Wildtyp- und IRAG-/--Tieren gleichermaßen ab. IRAG scheint also in der Aufrechterhaltung des basalen Blutdrucks und in der kurzfristigen Blutdruckregulation im Gesamtorganismus keine signifikante Rolle zu spielen, da eine Vielzahl von Einflussfaktoren und Kompensationsmechanismen für die Blutdruckregulation verantwortlich sein können. Unter den pathophysiologischen Bedingungen einer E.coli LPS-induzierten Sepsis (bei der NO durch iNOS-Induktion in hohen Konzentrationen synthetisiert wird), war jedoch der Blutdruckabfall bei IRAG-KO-Tieren signifikant weniger stark ausgeprägt als bei Wildtyp-Geschwistern. Demnach hat IRAG unter den Bedingungen einer Sepsis mit massiver NO-Generierung regulatorische Eigenschaften auf den Blutdruck.
cAMP und cGMP sind seit Jahrzehnten gut etablierte und erforschte „second messenger“ und essentiell für zahlreiche (patho)physiologische Prozesse auf zellulärer Ebene. Die Existenz eines dritten zyklischen Nukleotids, cCMP, wurde bereits in den 70er und 80er Jahren beschrieben, jedoch nie ausgiebig erforscht. Kürzlich konnten bakterielle Toxine und Adenylyzyklasen von Säugern als schwach aktive Cytidylylzyklasen identifiziert werden. Demnach könnte cCMP eine potentielle „second messenger“-Funktion einnehmen. Im Rahmen dieser Arbeit konnte durch Anwendung verschiedener Mausmutanten die cGKI-Signalkaskade als potentieller Effektor von cCMP im vaskulären glatten Muskel ermittelt werden. Die physiologische Rolle von cCMP bleibt zwar weiterhin ungeklärt, insbesondere da bisher keine spezifischen Cytidylylzyklasen gefunden wurden. Jedoch wurde nun erstmals ein Effektorsystem für cCMP identifiziert. In zukünftigen Studien sollte ein besonderer Fokus auf potentielle Cytidylylzyklasen und cCMP-bindende Proteine gelegt werden. Da bisher vor allem bakteriellen Toxinen cCMP-generierende Eigenschaften zugeschrieben wurden, könnte ein cCMP-Signalmechanismus speziell unter pathophysiologischen Bedingungen verstärkt eine Rolle spielen.
Translation of the abstract (English)
The NO/cGMP- and ANP/cGMP - cGKI signaling pathway plays an important role for various physiological and pathophysiological processes like relaxation and proliferation of smooth muscle tissue, neurotransmission or activation or inhibition of platelet function. cGKI preferentially modulates intracellular potassium concentration and thereby influences contractility of smooth muscle tissue. The ...
Translation of the abstract (English)
The NO/cGMP- and ANP/cGMP - cGKI signaling pathway plays an important role for various physiological and pathophysiological processes like relaxation and proliferation of smooth muscle tissue, neurotransmission or activation or inhibition of platelet function. cGKI preferentially modulates intracellular potassium concentration and thereby influences contractility of smooth muscle tissue. The IP3-Receptor associated cGKI substrate IRAG forms a trimeric complex with the IP3RI and cGKIbeta at the endoplasmatic reticulum. In previous publications a defect in potassium regulation in cardiovascular and gut tissue was shown using IRAG-mutant mice (IRAG D12, interaction site of IRAG with IP3RI is disrupted).
To characterize detailed physiological functions of IRAG via the NO/cGMP and ANP/cGMP pathways the IRAG-KO-mousestrain was analyzed in this work. Gut and cardiovascular tissue exhibited a defect in cGMP-mediated relaxation of hormone-induced tonus. This reduced relaxation was detectable with all used cGKI activating compounds (direct cGKI stimulation with cGMP analogues, endogenous stimulation of NO synthesis, exogenous DEA-NO application or exogenous application of ANP). Therefore IRAG plays a crucial role for hormone-induced tonus regulation via the cGKI signaling system.
Radiotelemetric blood pressure measurements of IRAG-deficient animals resulted in non significant differences in mean arterial blood pressure (MAP), heart rate, pulse pressure and activity of the animals during light and dark periods. MAP reduction after i.p. application of DETA-NO, SNP and YC-1 was not altered in IRAG-KO animals in comparison to wild type mice. IRAG seems teo be disposable for sustaining basal blood pressure under physiological conditions. However, under pathophysiological conditions like severe sepsis (induced by LPS-application) the drop of MAP was significantly reduced in IRAG-KO-mice in comparison to wildtype-animals. IRAG seems to influence MAP under pathophysiological conditions like systemic inflammation with excessive NO synthesis.
cAMP and cGMP are well established second messengers and essential for lots of (patho)physiological processes in cells and tissues. In the 70's and 80's of the last century a third cyclic nucleotide - cCMP - has been reported. Recently, bacterial toxins and adenylyl cyclases have been described as weak cytidylyl cyclases. Thus cCMP could be a potential second messenger. In this work the cGKI signaling system was identified as an effector for cCMP using diverse mouse strains. However, the physiological relevance of cCMP is still unclear, in particular no specific cytidylyl cyclases have been identified so far. In future studies one should identify cytidylyl cyclases and cCMP binding proteins. As bacterial toxins are able to synthesize cyclic CMP, cCMP could play an important role under pathophysiological conditions like infections.
Metadata last modified: 26 Nov 2020 09:02
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