Verbesserung einer experimentell induzierten endothelialen Dysfunktion durch Proteasominhibition in Gefäßringen der Ratte

Abstract

Die endotheliale Dysfunktion ist ein Merkmal vieler kardiovaskulärer Erkrankungen und gekennzeichnet durch die Einschränkung der endothelabhängigen Vasorelaxation. Das Ubiquitin-Proteasom-Syste(UPS) ist der wichtigste Abbauweg intrazellulärer Proteine und an der Regulation einer Vielzahl zellulärer Prozesse beteiligt. Kürzlich konnte gezeigt werden, dass niedrigdosierte, nicht toxische Proteasominhibition zu einem endothelprotektiven Expressionsmuster in Endothelzellen führt. Es wird daher die Hypothese aufgestellt, dass niedrigdosierte Proteasominhibition eine endotheliale Dysfunktion vehindern kann. Der Einfluss von Proteasominhibitoren auf die endotheliale Dysfunktion wurde an isolierten aortalen Gefäßringen der Ratte untersucht. Die Induktion einer endothelialen Dysfunktion erfolgte durch Inkubation der Gefäßringe mit TNF-alpha für 48 Stunden. Die Vasorelaxation wurde im Organbad mit Acetylcholin und Papaverin nach Phenylephrin- Vorkontraktion unter isometrischen Bedingungen untersucht. Dabei führte TNF- alpha zu einer dosisabhängigen Abnahme der endothelabhängigen Vasorelaxation. Die Koinkubation der Ringe mit TNF-alpha und dem Proteasominhibitor MG132 konnte die Abnahme der endothelabhängigen Vasorelaxation dosisabhängig verhindern. Mit dem Proteasominhibitor MG262 wurden die Ergebnisse bestätigt. Weiterführende Untersuchungen zeigten eine verminderte Expression von NAD(P)H -Oxidase-Untereinheiten sowie verstärkte Expression der Superoxiddismutase unter Proteasominhibition, was zu einer signifikanten Abnahme der Superoxidanion-Produktion führte. Trotz verbesserter endothelabhängiger Vasorelaxation der Gefäßringe war die Expression der endothelialen NO-Synthase unter Proteasominhibition vermindert, wohingegen die Expression des potenten Vasokonstriktors Endothelin-1 durch Proteasominhibition reduziert wurde. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass Proteasominhibition die Entstehung einer TNF-alpha induzierten endothelialen Dysfunktion verhindert. Antioxidative Eigenschaften und die Senkung der Endothelin-1 Expression konnten potentiell verantwortlich gemacht werden.

Endothelial dysfunction is a hallmark of a number of cardiovascular diseases and characterized by impaired endothelium-dependent vasorelaxation. The ubiquitin-proteasome system (UPS) is the major pathway for intracellular protein degradation and is involved in the regulation of numerous cellular processes. Recent studies showed endothelium-protective effects of low-dose proteasome inhibition in endothelial cells. Therefore it is hypothesized that low-dose proteasome inhibition prevents the devolpment of endothelial dysfunction. The influence of proteasome inhibition on endothelial dysfunction was investigated in rat aortic rings. Endothelial dysfunction was induced by incubation of rat aortic rings with TNF-alpha for 48 hours. Vascular reactivity was investigated in isometric tension studies. TNF-alpha dose- dependently reduced endothelium-dependent vasorelaxation. Co-incubation of aortic rings with TNF-alpha and proteasome inhibitor MG132 dose-dependently prevented endothelial dysfunction. Similar results were obtained by incubation with proteasome inhibitor MG262. Further investigations showed a reduced expression of NAD(P)H oxidase subunits and enhanced expression of the superoxide dismutase (SOD1), leading to a significantly reduced superoxide anion production. Despite improved endothelium-dependent vasorelaxation of rat aortic rings under proteasome inhibition, expression of endothelial nitric oxide synthase (eNOS) was reduced. On the other hand, expression of the potent vasoconstrictor endothelin-1 was reduced in proteasome inhibitor treated rings. In conclusion, proteasome inhibition prevents TNF-alpha induced vascular dysfunction in rat aortic rings. Potential mechanisms involve antioxidative properties and suppression of endothelin-1 levels.