Die Beteiligung des Cystic Fibrosis Transmembrane Conductance Regulator, des Transient Receptor Potential Vanilloid 4 und des Connexin 40 Transmembranproteins an der Entstehung der Hypoxie induzierten pulmonalen Hypertonie am Mausmodell

Abstract

Die Beteiligung des Cystic Fibrosis Transmembrane Conductance Regulator, des Transient Receptor Potential Vanilloid 4 und des Connexin 40 Transmembranproteins an der Entstehung der Hypoxie induzierten pulmonalen Hypertonie am Mausmodell. Die pulmonale Hypertonie (PH) ist eine komplexe Erkrankung, welche durch Remodelling der pulmonalarteriellen Gefäße, erhöhten mittleren pulmonalarteriellen Druck und Rechtsherzhypertrophie gekennzeichnet ist. In dieser Dissertation wird die Beteiligung von drei Transmembranproteinen, im speziellen des Cystic Fibrosis Transmembrane Conductane Regulator (CFTR)-, des Transient Receptor Potential Vanilloid 4 (TRPV4)- und des Connexin 40 (Cx40) Transmembranprotein an der Entwicklung und Progression des vaskulären Remodelling unter chronischer Hypoxie untersucht. Die Studie wurde am Mausmodell der chronisch hypoxischen pulmonalen Hypertonie durchgeführt. Es wurden spezielle Knockout Versuchstiere für die drei Transmembranproteine (Cftrtm1Unc-Tg(FABPCFTR)-/-, Trpv4-/-, Cx40-/-) und entsprechende C57/Bl6 Wildtyp Mäuse gezüchtet und jeweils in zwei Gruppen eingeteilt. Die erste Gruppe wurde für 35 Tage hypoxischen Sauerstoffverhältnissen (O2=10%) ausgesetzt, die zweite Gruppe wurde 35 Tage normalen Sauerstoffverhältnissen ausgesetzt (O2=21%). Nach fünf Wochen wurden das Gewicht der Mäuse und der rechtsventrikuläre Druck (RVSP) in vivo bestimmt. Nach Exsanguination erfolgte ex vivo eine direkte Bestimmung der Druck-Fluss Kurven am Modell der isoliert-perfundierten Lunge, sowie die Kalkulation des Fulton Indexes. Nach Hämatoxylin-Eosin (H.E.) Färbung wurde anschließend in den Lungen die jeweilige Wanddicke der Arteriolen ermittelt. Zum direkten Vergleich der Ergebnisse der Knockout Tier Messungen wurden C57/Bl6 Wildtyp Mäuse ebenfalls hypoxischen oder normoxischen Sauerstoffverhältnissen ausgesetzt und den Messungen unterzogen. Die Experimente ergaben eine zentrale Beteiligung von Cx40 an den pulmonalen Umbauprozessen und Veränderungen unter Einfluss von chronischer Hypoxie. Nach Deutsches Abstract VI fünfwöchiger Hypoxie zeigte sich eine signifikante Erhöhung des RVSP, des Fulton Indexes sowie der Wanddicke der pulmonalarteriellen Gefäße bei den C57/Bl6 Wildtyp Mäusen, welche in der Cx40-/- Hypoxie Gruppe nicht nachweisbar waren. Die Ergebnisse des CFTR Transmembrankanals sowie des TRPV4 Kationenkanals bewiesen ebenfalls deren Beteiligung an der Entwicklung einer Hypoxie induzierten PH. Der RVSP sowie die Hypertrophie der pulmonalarteriellen Gefäßwände nach 35 Tagen Hypoxie war gegenüber der C57/Bl6 Wildtyp Vergleichsgruppe jeweils signifikant erniedrigt. Jedoch konnte nicht in allen Messungen ein signifikanter Unterschied bezüglich der Wildtyp Vergleichsgruppe festgestellt werden. So unterschied sich die Hypoxie induzierte Rechtsherzhypertrophie in den Cftrtm1Unc-Tg(FABPCFTR)-/- und den Trpv4-/- Tieren nur marginal von der C57/Bl6 Vergleichsgruppe. Aufgrund dieser Erkenntnisse postulieren wir, dass TRPV4 und CFTR Transmembranproteine an der Signalkaskade der PH Entstehung beteiligt sind, während das Transmembranprotein Cx40 eine fundamentale Schlüsselrolle in der Pathogenese spielt.

The role of cystic fibrosis transmembrane conductance regulator, transient receptor potential vanilloid 4 and connexin 40 in a mouse model of chronic hypoxic pulmonary hypertension. Pulmonary hypertension (PH) is a complex disease characterized by remodelling of pulmonary arterioles, increased pulmonary artery pressure, and right heart hypertrophy. This thesis discusses the role of three transmembrane proteins in the process of vascular remodelling under chronic hypoxia, namely cystic fibrosis transmembrane conductance regulator (CFTR), transient receptor potential vanilloid 4 (TRPV4) and connexin 40 (Cx40). The study was performed in a murine model of chronic hypoxic pulmonary hypertension. Specific knockout mice for the three transmembrane proteins under investigation (Cftrtm1Unc-Tg(FABPCFTR)-/-, Trpv4-/-, Cx40-/-) and corresponding C57/Bl6 wildtype mice were bred and separated into two groups. One group was exposed to hypoxia (O2=10%), while the other was housed at ambient air (O2=21%) for 35 days. After five weeks, mouse weight and right ventricular systolic pressure (RVSP) were measured in vivo. After exsanguination, pressure-flow relationships were determined in the isolated perfused lung. The heart was removed and the Fulton index was calculated as a measure of right ventricular hypertrophy. Lung sections were histologically processed and haematoxylin and eosin (H.E.) stained, and vessel wall thickness of arterioles was quantitatively measured. Experiments identified a fundamental contribution of Cx40 to pulmonary vascular remodelling after chronic hypoxia. After five weeks of hypoxia, significant increases in RVSP, Fulton index and wall thickening of pulmonary arterioles were detectable in C57/Bl6 wildtype mice, but were completely absent in Cx40-/- mice. Experiments in Cftrtm1Unc-Tg(FAPBCFTR)-/- and Trpv4-/- mice also revealed functional roles of these channels in the development of chronic hypoxic PH, in that RVSP and pulmonary arterial remodelling were significantly attenuated as compared to C57/Bl6 English Abstract IV wildtype mice after 35 days of hypoxia, however, the attenuation of hemodynamic changes, as well as vascular and ventricular remodelling was less pronounced for these knockout strains as compared to the Cx40-/- mice. Based on these data we postulate that TRPV4 and CFTR channels participate in the signalling cascade that ultimately results in the development of chronic pulmonary hypertension whereas Cx40 plays a key mechanistic role in this pathology.