Funktionelle Studie der NO/cGMP Signalkaskade in Niere und Thrombozyten

Item type:	Thesis of the University of Regensburg (PhD)
Date:	4 May 2011
Referee:	Prof. Dr. Jens Schlossmann and Prof. Dr. Armin Kurtz
Date of exam:	19 November 2010
Institutions:	Chemistry and Pharmacy > Institute of Pharmacy > Pharmacology and Toxicology (Prof. Schlossmann, formerly Prof. Seifert)
Interdisciplinary Subject Network:	Not selected
Keywords:	NO, cGMP, cGKI, IRAG, Niere, Fibrose, Thrombozyten
Dewey Decimal Classification:	500 Science > 540 Chemistry & allied sciences
Status:	Published
Refereed:	Yes, this version has been refereed
Created at the University of Regensburg:	Yes
Item ID:	18538

Abstract (German)

Im ersten Teil dieser Arbeit wurde die renale Funktion von cGKI unter physiologischen und pathophysiologischen Bedingungen untersucht. Sowohl in Fibroblasten des Interstitiums als auch in Mesangialzellen des Glomerulus wurde immunhistochemisch eine hohe cGKI-Expression detektiert. Die Rolle von cGMP/cGKI für die interstitielle Fibrose wurde mittels unilateraler Ureter Ligation (UUL) untersucht. ...

Abstract (German)

Im ersten Teil dieser Arbeit wurde die renale Funktion von cGKI unter physiologischen und pathophysiologischen Bedingungen untersucht. Sowohl in Fibroblasten des Interstitiums als auch in Mesangialzellen des Glomerulus wurde immunhistochemisch eine hohe cGKI-Expression detektiert. Die Rolle von cGMP/cGKI für die interstitielle Fibrose wurde mittels unilateraler Ureter Ligation (UUL) untersucht. Im cortikalen Interstitium wurden beide Isoformen schwach detektiert, während im medullären nur die α-Isoform auffallend stark immunhistochemisch nachweisbar war. Bereits dieses Expressionsmuster implizierte, dass cGKIα im Interstitium vermutlich mehr Funktionen ausübt als cGKIβ. Diese funktionelle Differenzierung der beiden Isoformen wurde mehrfach bestätigt:
Sowohl auf mRNA-, als auch auf Protein-Ebene war die cGKIα-Expression stärker fibrosebedingt hoch reguliert als die der β-Isoform. Hierbei wurde immunhistochemisch gezeigt, dass die Expressionszunahme der α-Isoform primär im kortikalen Interstitium vorzufinden war. Zudem wurden die mRNA-Mengen der α-Isoform nach YC1- bzw. ISDN-Gabe signifikant verändert, dagegen blieben die der β-Isoform nahezu unbeeinträchtigt. Weiter zeigten die Untersuchungen der Rescue-Mäuse, dass der protektive Effekt von cGMP unter anderem über cGKI vermittelt wurde: Während ohne ISDN Behandlung der Fibrose-Verlauf in WT- und Rescue-Tieren annähernd gleich fortgeschritten war, blieb nach Verabreichung des NO-Donors der zuvor in WT detektierte protektive Effekt in den Rescues nahezu aus. Dies lässt die Annahme zu, dass die antifibrotische Wirkung von NO/cGMP durch cGKI vermittelt wird.

Im zweiten Teil der Arbeit wurde die Rolle des NO/cGMP/cGKI Signalweges in Thrombozyten untersucht. Die Thrombozytenaktivierung dient einerseits dem Wundverschluss, begünstigt jedoch auch arteriosklerotische Vorgänge. Deshalb ist die Aufklärung der pharmakologischen Interventionsmöglichkeit von besonders hohem Interesse. Eine kurze Zusammenfassung der Ergebnisse soll noch einmal die Bedeutung von IRAG, einem Signalprotein der NO/cGMP Signalkaskade, für die Thrombozyten belegen:
Besonders die NO/cGMP-abhängige Hemmung der Aggregation wird primär über IRAG vermittelt. Zudem wird die parallel ablaufende Sekretion beider Granulaarten - „alpha“ und „dense“ Granula - mittels NO/cGMP über IRAG inhibiert.
Interessant war vor allem, die nach Aktivierung der Thrombozyten erhöhte Aggregabilität der IRAG-KO Thrombozyten im Vergleich zu den WT Thrombozyten.
Die Plättchenadhäsion und -aktivierung sind initiale Ereignisse der Thrombusbildung, so dass deren Inhibition eine Möglichkeit bietet, unerwünschte thrombotische Ereignisse zu verhindern.

Translation of the abstract (English)

In the first part, we analysed the renal function of NO/cGMP/cGKI under physiological conditions and in the renal fibrosis. Both isoforms - cGKIα and cGKIβ - were immunhistochemically detected in the cortical interstitium, but cGKIβ expression is lacking in the medullary interstitium. The different localization of cGKIα and cGKIβ in the medullary interstitium strongly suggested a differential ...

Translation of the abstract (English)

In the first part, we analysed the renal function of NO/cGMP/cGKI under physiological conditions and in the renal fibrosis.
Both isoforms - cGKIα and cGKIβ - were immunhistochemically detected in the cortical interstitium, but cGKIβ expression is lacking in the medullary interstitium. The different localization of cGKIα and cGKIβ in the medullary interstitium strongly suggested a differential function there. The interstitium exists mainly of fibroblasts playing a prominent role in the interstitial fibrosis. Accordingly, cGKI could also be involved in this pathophysiological process. The remarkable fibrosis induced overexpression of cGKIα protein and mRNA in comparison to cGKIβ suggested that the α-isoform is apparently more strongly involved in the fibrotic process and plays a more important pathophysiological function.
The cGKIα-rescue mouse model allowed us to analyse whether stimulation of cGKI by cGMP serves as a critical determinant of kidney fibrosis.
Upon ISDN administration a significant difference was detected between the level of fibrosis in wt and rescue kidneys as mRNA expression of fibrotic markers was not significantly changed by ISDN treatment in rescue mice in contrast to wt mice. In conclusion, these experiments indicated the involvement of cGKI in antifibrotic processes.

In the second part we examined the role of IRAG for the inhibition of platelet activation. Murine IRAG-deficient platelets display enhanced aggregability towards several agonists (collagen, thrombin, TxA2). NO/cGMP-dependent stimulation of cGKI and subsequent phosphorylation of IRAG is essential for the inhibition of platelet adhesion, secretion and aggregation but not for the inhibition of shape change. Therefore, we suggest that the cGKI substrate IRAG plays a predominant role for the NO/cGMP-dependent inhibition of platelet activation.

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