Cardiovascular effects of C-type natriuretic peptide (CNP) overexpression in transgenic animals

Abstract

The natriuretic peptide family consist of three structurally related peptides, i.e., atrial (ANP), brain (BNP), and C-type (CNP) natriuretic peptide, which play an important role in cardiovascular regulation under pathophysiological conditions. The aim of our study was to investigate the effects of cardiomyocyte-specific CNP overexpression on ischaemia/reperfusion (I/R) injury and myocardial infarction (MI) in transgenic mice and to characterize diagnostic and prognostic properties of the three peptides in patients with Chagas disease (CD) or other dilated cardiomyopathies (DCM). Transgenic (TG) mice over-expressing CNP in cardiomyocytes were generated. Elevated CNP expression on RNA and protein levels was demonstrated by RNase-protection assay and radioimmunoassay. Male TG mice and age-matched wild-type (WT) littermates were subjected to I/R or permanent ligation of the coronary artery for three weeks. Blood samples from patients with CD, DCM or gender- and age- matched healthy subjects were obtained and peptide concentrations were determined by radioimmunoassays. Infarct size did not differ between the WT and TG groups in mice subjected to I/R. In mice that underwent permanent ligation of coronary arteries, both left and right ventricular hypertrophy were prevented by CNP overexpression three weeks post MI. Histological analysis revealed less muscular degeneration and inflammation in TG mice three weeks post MI. Necrosis and impairment of cardiac function were less pronounced in transgenic animals than in the wild-type controls. Both ANP and BNP levels were increased in CD and DCM patients in relation to the NYHA class, even significantly elevated in CD patients without systolic ventricular dysfunction, and had comparable ability to predict death or the necessity for heart transplantation. However, CNP level could not predict mortality or the necessity for heart transplantation. In conclusion, overexpression of CNP in cardiomyocytes does not affect I/R-induced infarct size but prevents cardiac hypertrophy induced by MI. Therefore, CNP may represent a therapeutic target for the treatment of patients with cardiac hypertrophy induced by myocardial infarction or other aetiology. While ANP and BNP have a high predictive value for mortality in both diseases, CNP is without any predictive potency.

Die Familie der natriuretischen Peptide besteht aus drei strukturverwandten Peptiden, atriales (ANP), B-Typ (BNP) und C-Typ (CNP) natriuretischen Peptid. Die natriuretischen Peptide spielen eine wichtige Rolle in der kardiovaskulären Regulation unter pathophysiologischen Bedingungen. Im Rahmen meiner Arbeit habe ich zum einen Effekte der Kardiomyozyten-spezifischen CNP- Überexpression auf Ischämie/Reperfusion (I/R) und nach Myokardinfarkt (MI) in transgenen Mäusen untersucht. Des Weiteren habe ich die Bedeutung der drei Peptide in Diagnose und Prognose bei Patienten mit Chagas-Erkrankung (CD) und anderen dilatativen Kardiomyopathien (DCM) untersucht. Es wurden transgene Mäuse mit Kardiomyozyten-spezifischer CNP-Überexpression hergestellt. Die erhöhte CNP-Expression wurde auf RNA- und Protein-Ebene mit RNase-protection assay bzw. Radioimmunoassay (RIA) nachgewiesen. Männliche transgene Mäuse und gleichaltrige Wildtypen wurden einer I/R (1h/23h) oder einer 3-wöchigen, permanenten Ligatur der Koronararterie unterzogen. Es wurden Blutproben von Patienten mit CD oder DCM und gleichaltrigen Gesunden genommen und die Konzentration der natriuretischen Peptide mittels RIA bestimmt. Es gab keine Unterschiede in der Infarktgröße zwischen transgenen Tieren und Kontrollen bei den I/R Experimenten. Im Gegensatz dazu verhinderte die CNP Überexpression sowohl linksventrikuläre, als auch rechtsventrikuläre Hypertrophie drei Wochen nach MI-Induktion. Die histologische Untersuchung zeigte eine geringere Muskeldegeneration und Entzündung im Vergleich zu den infarzierten Wildtypen. Nekrose und Beeinträchtigung der Herzfunktion war in transgenen Tieren weniger stark ausgeprägt, als in den Kontrollen. Sowohl ANP-, als auch BNP-Spiegel waren in CD- und DCM-Patienten in Abhängigkeit von der NYHA-Klassifizierung erhöht. Eine signifikante Erhöhung war sogar in CD-Patienten ohne systolische ventrikuläre Dysfunktion zu sehen. Beide Peptidspiegel eignen sich gleichermaßen, um die Sterblichkeit oder die Notwendigkeit einer Herztransplantation zu prognostizieren, wohingegen CNP-Spiegel hierfür ungeeignet sind. Abschließend lässt sich festhalten, dass die Überexpression von CNP in Kardiomyozyten keinen Einfluss auf die I/R-induzierte Infarktgröße hat, jedoch der MI-bedingten Hypertrophie vorbeugt. Folglich könnte CNP eine therapeutische Option für die Behandlung von Patienten mit kardialer Hypertrophie, verursacht durch MI oder auf Grund anderer Ätiologie, sein. Während ANP und BNP gute Prognosemarker für die Sterblichkeit bei CD und DCM darstellen, zeigt CNP keine prognostische Potenz.