Regulationsunterschiede der Endothelin-1-induzierten calciumunabhängigen Kontraktion im Ziliarmuskel und Trabekelwerk als Möglichkeit der therapeutischen Nutzung beim Glaukom

Abstract

Das Glaukom ist eine der häufigsten Augenerkrankungen und Erblindungsursachen in den Industrieländern. Ein individuell zu hoher Intraokulardruck (IOD) führt zur Atrophie des Sehnervenkopfes, Gesichtsfeldausfällen und letztendlich zur Verminderung der Sehleistung. Für die Erhöhung des IOD ist ein gesteigerter Abflusswiderstand des Kammerwassers die Hauptursache. An der Regulation des Kammerwasserabflusses sind das Trabekelwerk (TM) und der Ziliarmuskel (ZM) beteiligt. Die Kontraktion des TM bewirkt eine Erhöhung des IOD, während die Kontraktion des ZM eine IOD-Senkung zur Folge hat. Die zurzeit einzig mögliche Therapie des Glaukoms stellt die Senkung des IOD dar. Die bisher eingesetzten Pharmaka zur IOD-Senkung beeinflussten die Kontraktilität beider Gewebe mit unerwünschten Nebenwirkungen des ZM, so dass ein ideales Pharmakon eine isolierte Hemmung der Kontraktilität des TM hervorrufen sollte. Die Kontraktionsmessungen und Western Blot Analysen beider Gewebe haben Folgendes ergeben: 1\. Mit Carbachol konnten unter intra- und extrazellulär calciumfreien Bedingungen sowohl im bovinen TM als auch im ZM Kontraktionen induziert werden. 2\. Endothelin-1 (ET-1) löst unter intra- und extrazellulär calciumfreien Bedingungen Kontraktionen nur im bovinen TM aus. 3\. Die ET-1-induzierte ZM - Kontraktion ist vollständig calciumabhängig. 4\. Die calciumunabhängige ET-1-induzierte Kontraktion des TM kann durch den ROCK- Inhibitor Y-27632 wieder aufgehoben werden. 5\. Im bovinen und humanen TM und ZM werden die Enzyme Rho-A und ROCK1 exprimiert. Aus diesen Ergebnissen lassen sich folgende Schlüsse ziehen: TM und ZM besitzen zusätzlich zum calciumabhängigen Kontraktionsmechanismus ein calciumunabhängiges Kontraktionssystem. Die Expression der Schlüsselenzyme RhoA und ROCK im humanen und bovinen TM und ZM stützen diese Hypothese. Dieses System ist in beiden Geweben durch muskarinerge Agonisten aktivierbar, im TM aktiviert auch ET-1, das eine bedeutende Rolle bei der Pathogenese des Glaukoms hat, das calciumunabhängige System, nicht aber im ZM. Im TM ist an dieser calciumunabhängigen Kontraktion der RhoA/ROCK-Signalweg beteiligt. Die Hemmung dieses Signalweges bewirkt eine isolierte Kontraktionshemmung des TM. Somit stellt die RhoA/ROCK-Hemmung ein ideales Target für eine Optimierung der medikamentösen Therapie des Glaukoms dar. Weitere Untersuchungen zum Verständnis der Kontraktilitätsregulation mittels Agonisten und Antagonisten und deren mögliche klinische Relevanz stehen im Mittelpunkt der Forschung der Glaukomtherapie.

Glaucoma is one of the most frequent ocular diseases to cause loss of sight in the industrialized world. Excessive intraocular pressure (IOP) leads to atrophy of the optical nerve head, visual field loss, and ultimately a decrease in the capabilities of one’s vision. The main cause of elevated IOP is attributed to an increase in the flow resistance of aqueous humour draining from the eye. Flow is regulated by both the trabecular meshwork (TM) and the ciliary muscle (CM). Contraction of the TM causes the IOP to rise, while contraction of the CM causes it to lower. Currently the only possible therapy for glaucoma is lowering the IOP. Medication which is used for this purpose impacts the function of both the TM and CM with undesirable side effects on the CM. Ideally the drugs used for treatment should cause an isolated inhibition on the functionality of the TM. Contraction measurements and analysis using a Western Blot technique on both fibres have shown the following: 1\. Use of Carbachol induced contractions under intra- and extra cellular calcium-free conditions for both bovine TM and CM. 2\. Endothelin-1 (ET-1) affected only the bovine TM under these conditions. 3\. The ET-1 only induced CM contractions dependent on calcium. 4\. The ET-1 induced TM contractions, which are independent of calcium, and can be lifted again by the rock inhibitor Y-27632. 5\. The enzymes Rho-A and ROCK1 are investigated in both human and bovine experiments. From these test the following conclusions can be made: Additional to the calcium dependent mechanisms for contraction, TM and CM also have calcium independent systems for contraction. The impact that the key enzymes RhoA and ROCK have on the TM and CM, in both the human and bovine cases, supports this hypothesis. The system is activated in both fibres by Muscarinic agonists. The TM is also activated by ET-1 independent of calcium, which has an important role in the pathogenesis of glaucoma. This is not the same in the case of the CM. In the calcium independent case it is the RhoA/ROCK signal which induces the TM to contract. The inhibition of these enzymes causes an isolated retardation of the TM contraction. Therefore RhoA/ROCK inhibition would be an ideal method to optimize localized glaucoma therapy. Investigation into the use of agonists and antagonists for contraction regulation, and their possible clinical relevance, is the focus of current glaucoma research.