Gespaltenes hochmolekulares Kininogen, ein neuer Faktor in der Regulation von Matrixmetalloproteinasen in glatten Gefäßmuskelzellen

Abstract

Die erhöhte Aktivität von Matrixmetalloproteinasen (MMPs) und die dadurch bedingte Degradation von Komponenten der extrazellulären Matrix stellt einen wesentlichen Prozess in der Pathogenese abdominaler Aortenaneurysmen dar. Dabei wird insbesondere den MMPs aus der Gruppe der Gelatinasen, MMP-2 (Gelatinase A) und MMP-9 (Gelatinase B), eine bedeutende Rolle beigemessen. In einer vorangegangenen Studie unserer Arbeitsgruppe konnte eine ausgeprägte Prädisposition von Kininogen-defizienten Ratten für abdominale Aortenaneurysmen aufgezeigt werden, deren Entstehung durch eine Degradation von Elastinfasern sowie eine erhöhte Expression von MMPs gekennzeichnet war. Hieraus ergaben sich erstmals Hinweise auf eine Beteiligung von Kininogenen an der MMP-Regulation. In der vorliegenden Arbeit sollte ermittelt werden, inwieweit das gespaltene hochmolekulare Kininogen (gespaltenes HK) auf die Regulation von MMPs in primären, aus der Aorta von Ratten gewonnenen glatten Gefäßmuskelzellen (VSMCs) Einfluss nimmt. Es konnte gezeigt werden, dass gespaltenes HK die Zytokin-induzierte Sekretion von sowohl MMP-2 als auch MMP-9 durch VSMCs konzentrationsabhängig reduzierte. Zudem wurde die Zytokin- induzierte MMP-9-mRNA-Expression in einem nahezu gleichen Ausmaß durch gespaltenes HK negativ reguliert. Weitere Untersuchungen zeigten auf, dass dieser Effekt nicht aus einer erhöhten Degradationsrate der MMP-9-mRNA resultierte. Die Bestimmung der Expressions-levels der endogenen Inhibitoren der MMPs, den TIMPs, ergab, dass die infolge der Zytokin-Stimulation bereits verstärkte TIMP-1-mRNA-Expression in VSMCs durch gespaltenes HK weiter erhöht wurde. Zudem konnte eine signifikante Abnahme des MMP-Aktivitätslevels in den durch die Zellen konditionierten Medien festgestellt werden. Insgesamt lassen diese Ergebnisse darauf schließen, dass das Gleichgewicht von MMPs zu TIMPs durch gespaltenes HK zugunsten einer geringeren MMP-Nettoaktivität verschoben wurde. Der Vergleich basaler mRNA-Expressionswerte zeigte eine erhöhte basale MMP-2- und TIMP-2-Expression in VSMCs von Kininogen-defizienten Ratten auf. Das hochmolekulare Kininogen war weder auf mRNA- noch auf Protein-Ebene in den kultivierten VSMCs nachweisbar. Darüber hinaus ergab die qualitative mRNA- Analyse von Aortengeweben, dass eine lokale Expression des hochmolekularen Kininogens in der Aorta nicht vorliegt. Dahingegen konnte das hochmolekulare Kininogen auf Protein-Ebene im Aortengewebe nachgewiesen werden, welches vermutlich der Blutzirkulation entstammte.

Increased activity of matrix metalloproteinases (MMPs) in the aortic wall, leading to degradation of extracellular matrix components, is considered to play a crucial role in the pathogenesis of abdominal aortic aneurysms. Thereby, a pivotal role has been attributed to MMPs belonging to the subgroup of gelatinases, including MMP-2 (gelatinase A) and MMP-9 (gelatinase B). We previously reported that kininogen-deficient rats are predisposed to develop abdominal aortic aneurysms. Thereby, aneurysm formation was associated with enhanced elastolysis and increased expression of MMPs, thus indicating a role for kininogens in the regulation of MMPs. In the present study we investigated whether cleaved high molecular weight kininogen (cleaved HK) affects the regulation of MMPs in primary vascular smooth muscle cells (VSMCs), cultured from the rat aorta. We found that cleaved HK reduced in a concentration- dependent manner cytokine-induced release of both MMP-9 and MMP-2 by VSMCs. Furthermore, cytokine-induced MMP-9 mRNA expression was negatively regulated by cleaved HK to almost the same extent. Further investigations showed that this effect did not result from an increased rate of MMP-9 mRNA degradation. Determination of expression levels of the endogenous inhibitors of MMPs, the TIMPs, revealed that TIMP-1 mRNA expression, already increased as a result of cytokine-stimulation, was further enhanced by cleaved HK. Moreover, a significant reduction of the MMP activity level was detected in cell- conditioned media. Altogether, these findings indicate that the balance between MMPs and TIMPs was shifted towards less net MMP activity by cleaved HK. The comparison of basal mRNA expression values showed an elevated MMP-2 and TIMP-2 expression in VSMCs from kininogen-deficient rats. High molecular weight kininogen was not detectable in cultured VSMCs, neither at the mRNA nor at the protein level. In addition, qualitative mRNA analysis of aortic tissues revealed that a local expression of high molecular weight kininogen is not present in the aorta. However, high molecular weight kininogen was demonstrated at the protein level in aortic tissue, which presumably originated from the blood circulation.