| License: Publishing license for publications excluding print on demand (2MB) |
- URN to cite this document:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-360813
- DOI to cite this document:
- 10.5283/epub.36081
| Item type: | Thesis of the University of Regensburg (PhD) |
|---|---|
| Open Access Type: | Primary Publication |
| Date: | 8 August 2017 |
| Referee: | Prof. Dr. Lothar Färber |
| Date of exam: | 3 August 2017 |
| Institutions: | Chemistry and Pharmacy > Institute of Pharmacy > Pharmacology and Toxicology (Prof. Schlossmann, formerly Prof. Seifert) |
| Keywords: | Relaxin, serelaxin, cGMP-dependent protein kinase, kidney, interstitial fibrosis, signaling, heart failure, pulmonary hypertension, matrix metalloproteinases, prognosis |
| Dewey Decimal Classification: | 500 Science > 500 Natural sciences & mathematics 600 Technology > 615 Pharmacy |
| Status: | Published |
| Refereed: | Yes, this version has been refereed |
| Created at the University of Regensburg: | Yes |
| Item ID: | 36081 |
Abstract (German)
Die Fibrose stellt aufgrund ihrer hohen Prävalenz in der Bevölkerung, der schlechten Prognose für die Patienten, sowie der komplexen Pathophysiologie ein sehr wichtiges Forschungsgebiet mit einem hohen Bedarf an neuen Therapeutika dar. Serelaxin zeigte in diversen Indikationen bereits eine organprotektive Wirkung, welche unter anderem auf die antifibrotischen Eigenschaften der Substanz ...
Abstract (German)
Die Fibrose stellt aufgrund ihrer hohen Prävalenz in der Bevölkerung, der schlechten Prognose für die Patienten, sowie der komplexen Pathophysiologie ein sehr wichtiges Forschungsgebiet mit einem hohen Bedarf an neuen Therapeutika dar. Serelaxin zeigte in diversen Indikationen bereits eine organprotektive Wirkung, welche unter anderem auf die antifibrotischen Eigenschaften der Substanz zurückzuführen sind. Hier könnte der second messenger cGMP und die abhängige Proteinkinase cGKI eine entscheidende Rolle spielen. Auch in der Therapie der pulmonalen Hypertonie sind cGMP-modulierende Pharmaka, wie z. B. Inhibitoren der Phosphodiesterase 5 oder Stimulatoren der löslichen Guanylatzyklase, im Einsatz. Aufgrund der schlechten Prognose ist hier der Bedarf an weiteren innovativen Pharmaka als auch neuen prognostischen Markern – beispielsweise Fibrose-assoziierten Biomarkern – hoch.
Ziel der Arbeit war es, einerseits Erkenntnisse über cGKI – eine cGMP-abhängige Proteinkinase – und deren Substrate in der renalen Fibrose unter Einfluss von Serelaxin zu gewinnen. Dies wurde in Wildtyp- sowie cGKI-KO Mäusen mithilfe der unilateralen Ureterligation untersucht, welche ein etabliertes Modell für die tubulointerstitielle Nierenfibrose darstellt. Zusätzlich wurde getestet, ob durch die Gabe des PDE5-Inhibitors Zaprinast ähnliche bzw. additive antifibrotische Effekte in der Niere erzielt wurden. In einer weiteren Untersuchung wurde anschließend an Patienten mit pulmonaler Hypertonie die klinische Relevanz ausgewählter Fibrose-assoziierter Biomarker – der MMP/TIMP-Verhältnisse – evaluiert, indem ein biologischer Marker identifiziert wurde, der mit dem Krankheitsverlauf sowie der Prognose assoziiert ist und zugleich mit den antifibrotischen Effekten von Serelaxin verknüpft ist.
Im renalen Nierenfibrose-Modell waren die cGMP-Konzentrationen im fibrotischen Nierengewebe nach 7-tägiger Behandlung mit Serelaxin, Zaprinast sowie der Kombination beider Pharmaka erhöht. In WT Mäusen konnten ähnliche über die NO-cGMP-abhängige Proteinkinase cGKI vermittelte antifibrotische Effekte in allen drei Behandlungsgruppen beobachtet werden. Die Verabreichung von Serelaxin führte hierbei vermutlich über die Hemmung der Smad2- und ERK1-Phosphorylierung zu einer Reduzierung von Bestandteilen der extrazellulären Matrix (z. B. Kollagene, Fibronektin). Die 7-tägige Behandlung mit dem Phosphodiesterase-5-Hemmer Zaprinast resultierte in einer tendenziell verringerten ERK1- und ERK2-Phosphorylierung ohne Einfluss auf die Smad2-Phosphorylierung. Zusätzlich wurde mit Zaprinast die antifibrotische Wirkung über cGKI-unabhängige Mechanismen vermittelt. Die Kombination der beiden cGMP-erhöhenden Therapieoptionen war nicht antifibrotisch wirksamer als die jeweiligen Einzelsubstanzen. Matrix-Metalloproteinasen – Proteine, die für den Umbau der extrazellulären Matrix verantwortlich sind – wurden nur durch die 7-tägige Serelaxin-Behandlung positiv moduliert, indem das in der Fibrose stark erhöhte Angebot an MMP2 reduziert wurde. Die in der Fibrose nahezu unveränderte MMP9-Proteinexpression wurde nach Serelaxin-Gabe lediglich vermehrt in die aktive Form überführt.
Weiterhin wurde in Patienten mit pulmonaler Hypertonie die klinische Relevanz von Matrix-Metalloproteinasen (MMP2, MMP9) und deren Inhibitoren (TIMP1, TIMP4) untersucht. Dazu wurde in einem Patientenkollektiv mit idiopathischer pulmonalarterieller Hypertonie (n=24) sowie pulmonaler Hypertonie aufgrund einer Linksherzinsuffizienz (n=11) nachgewiesen, dass durch den Fibrose-assoziierten Biomarker MMP2/TIMP4 ein Zusammenhang mit der Hämodynamik (mPAP, PVR) sowie der rechtsventrikulären Funktion (TAPSE) gezeigt werden konnte. Zusätzlich war MMP2/TIMP4 in Patienten mit iPAH prädiktiv für das klinische Outcome (klinische Verschlechterung, Tod).
Die Ergebnisse dieser Arbeit haben also gezeigt, dass Serelaxin in der Nierenfibrose über die NO-cGMP-cGKI-Signalkaskade antifibrotisch wirkt, unter anderem durch die Modulation der Matrix-Metalloproteinasen. Zusätzlich haben sich Matrix-Metalloproteinasen und deren Inhibitoren bei Patienten mit pulmonaler Hypertonie, einer kardiovaskulären Erkrankung charakterisiert durch fibrotischen Gewebeumbau, als prognostisch wertvoll erwiesen.
Translation of the abstract (English)
Due to its high prevalence in the population, the poor prognosis for the patients, and the complex pathophysiology, fibrosis is a very important research area with a high demand for new treatment options. Serelaxin has already shown organprotective effects in various indications, which is partly attributable to its antifibrotic properties. The second messenger cGMP and cGMP-dependent protein ...
Translation of the abstract (English)
Due to its high prevalence in the population, the poor prognosis for the patients, and the complex pathophysiology, fibrosis is a very important research area with a high demand for new treatment options. Serelaxin has already shown organprotective effects in various indications, which is partly attributable to its antifibrotic properties. The second messenger cGMP and cGMP-dependent protein kinase cGKI could play an important role here. cGMP modulating drugs, such as inhibitors of phosphodiesterase 5 (PDE5) or stimulators of soluble guanylate cyclase, are used for treatment of pulmonary hypertension. Due to the poor prognosis, the demand for further innovative drugs as well as new prognostic markers - for example, fibrosis-associated biomarkers - is still high.
The aim of the study was to gain insights into cGKI - a cGMP-dependent protein kinase - and their substrates in the antifibrotic signaling of Serelaxin in kidney fibrosis. This was investigated in wild-type and cGKI-KO mice after unilateral ureteral obstruction, which is an established model for tubulointerstitial renal fibrosis. In addition, it was tested whether similar or additive antifibrotic effects were achieved in the kidney after treatment with PDE5 inhibitor Zaprinast. In a subsequent study, clinical relevance of selected fibrosis-associated biomarkers - MMP/TIMP ratios - was evaluated in patients with pulmonary hypertension by identifying a biomarker that is associated with disease progression and prognosis as well as with antifibrotic effects of Serelaxin.
In the renal fibrosis model, cGMP concentrations in the fibrotic kidney were increased after 7 days of treatment with Serelaxin, Zaprinast and the combination of both drugs. In WT mice, similar antifibrotic effects mediated by the NO-cGMP-dependent protein kinase cGKI could be observed in all three treatment groups. The administration of Serelaxin led to a reduction in the components of the extracellular matrix (e.g. collagen, fibronectin) presumably via the inhibition of Smad2 and ERK1 phosphorylation. The 7 days treatment with PDE5 inhibitor Zaprinast resulted in diminished ERK1 and ERK2 phosphorylation without influence on Smad2 phosphorylation. In addition, antifibrotic effects of Zaprinast were mediated via cGKI-independent mechanisms. The combination of the two cGMP-enhancing drugs were not more effective in reducing fibrosis than the respective single drugs. Matrix metalloproteinases (MMPs) - proteins responsible for the remodeling of the extracellular matrix - were positively modulated only by the 7-day Serelaxin treatment by reducing MMP2, which is strongly elevated in fibrosis. The MMP9 protein expression, which was almost unchanged in fibrosis, was increasingly converted from latent into active form.
Furthermore, the clinical relevance of matrix metalloproteinases (MMP2, MMP9) and their inhibitors (TIMP1, TIMP4) was investigated in patients with pulmonary hypertension. In a patient group with idiopathic pulmonary arterial hypertension (n = 24) and pulmonary hypertension due to left heart failure (n = 11), the fibrosis-associated biomarker MMP2/TIMP4 showed a correlation with hemodynamics (mPAP, PVR) and right ventricular function (TAPSE). In addition, MMP2/TIMP4 ratio in patients with iPAH was predictive of clinical outcome (clinical worsening, death).
In conclusion, the results of this work have shown that Serelaxin reduces renal fibrosis via the NO-cGMP-cGKI signaling pathway, amongst others through the modulation of the matrix metalloproteinases. In addition, matrix metalloproteinases and their inhibitors have been shown to be prognostically valuable in patients with pulmonary hypertension, a cardiovascular disease characterized by fibrotic tissue remodeling.
Metadata last modified: 25 Nov 2020 21:01
Owner only: item control page
Download Statistics