Pathogenese der hypotensiven Dysregulation bei FGF-2 Defizienz

Abstract

FGF-2 ist in zahlreichen Signalprozessen, die das embryonale Wachstum und die Differenzierung, die Physiologie des adulten Organismus und die Pathologie betreffen, involviert. Die gezielte genetische Deletion des FGF-2 Gens ermöglichte es neue Erkenntnisse über die in vivo Funktionen dieses vielfältigen Proteins gewinnen zu können. Histologische Studien an FGF-2 KO Mäusen zeigten, dass die Tiere eine gestörte Entwicklung des cerebralen Kortex und eine drastische Reduktion der Zahl von Rückenmarksneuronen aufwiesen. In- vivo Untersuchungen ergaben, dass FGF-2 defiziente Mäuse eine arterielle Hypotonie und eine eingeschränkte reflektorische Blutdruckregulation zeigten. Diese Befunde sprechen dafür, dass FGF-2 eine essentielle Bedeutung in der Entwicklung neuronaler Gewebe, welche an der Blutdruckregulation beteiligt sind, zukommt. Diese Hypothese wurde durch ein weiteres Mausmodell, bei dem ein Hühner FGF-2 Transgen C unter der Steuerung eines Wnt-1 Promotors zwischen dem Tag 9.5 und 14.5 selektiv im Neuralrohr von FGF-2 defizienten Embryonen reexprimiert wurde, bestätigt. Diese Tiere zeigten eine normale Entwicklung des zentralen Nervensystems und wiesen eine intakte Blutdruckregulation auf. Zudem konnte bei hoher Expression des FGF-2 Transgens eine Normalisierung des Ruheblutdrucks beobachtet werden. Vor diesem Hintergrund war das Ziel dieser Arbeit zu klären, ob bei den FGF-2 KO Mäusen eine Beeinträchtigung des für die mittel- bis langfristige Blutdruckregulation bedeutende Renin-Angiotensin- Aldosteron-System vorliegt. Weiterhin sollten die Untersuchungen Aufschluss darüber geben, ob die chronische Defizienz von FGF-2 zu Störungen des zirkadianen Rhythmus führt. Schließlich sollte untersucht werden, ob FGF-2 KO Tiere eine Beeinträchtigung der beim Stress aktivierten Sympatho- Adrenomedullären-Achse aufweisen. Hierzu wurden in drei Versuchsserien an adulten männlichen FGF-2 WT Mäusen und FGF-2 KO Mäusen sowie an FGF-2 WT Transgen C Mäusen und FGF-2 KO Transgen C Mäusen folgende Untersuchungen durchgeführt: 1\. Messung des mittleren arteriellen Blutdrucks und der Herzfrequenz an wachen und ungestressten Mäusen über einen chronischen Katheter am 2. und 3. postoperativen Tag. 2\. Entnahme von Blutproben über den arteriellen Katheter mit anschließender Bestimmung der Plasmakonzentration von Aldosteron, Elektrolyten und Kreatinin. 3\. Entnahme der Herzen mit Bestimmung des gesamten Herzgewichtes sowie des linksventrikulären und rechtsventrikulären Gewichtes. Anschließende Berechnung des Verhältnisses von Herzgewicht bzw. Gewicht des linken Ventrikels zum Körpergewicht. 4\. Entnahme der Nieren mit anschließender Bestimmung der renalen mRNA von Renin. 5\. Messung des mittleren arteriellen Blutdrucks, der Herzfrequenz und der Aktivität mittels radiotelemetrischen Messverfahrens; a. Auswertung der Tagesmittelwerte b. Auswertung des Zirkadianen Rhythmus c. Auswertung des Stresstests Die Ergebnisse dieser Arbeit sind im Folgenden zusammengefasst: 1\. Bei den FGF-2 KO Mäusen konnte der erniedrigte mittlere arterielle Blutdruck bestätigt werden. Die Befunde der morphometrischen Untersuchungen ergaben ein verringertes linksventrikuläres Herzgewicht. 2\. FGF-2 KO Mäuse wiesen eine verringerte Plasmaaldosteronkonzentration auf. 3\. Die renale mRNA von Renin war in den FGF-2 KO Mäusen tendenziell erniedrigt. 4\. Bei den FGF-2 KO Mäusen wiesen die Plasmakonzentrationen von Natrium, Kalium, Chlorid und Kreatinin keine signifikanten Abweichungen vom Normbereich auf. 5\. FGF-2 KO TgC Mäusen waren normoton. Die morphometrischen Befunde zeigten keine signifikanten Unterschiede zwischen den Genotypen. Die Plasmaaldosteronkonzentrationen der KO TgC und WT TgC Mäuse waren nahezu identisch. 6\. Der hypotensive Phänotyp der FGF-2 KO Mäuse war in der radiotelemetrischen Blutdruckmessung nicht nachweisbar. 7\. FGF-2 KO Tiere zeigten einen ihrer Spezies entsprechenden Tag-/Nachtrhythmus. 8\. FGF-2 KO Mäuse reagierten auf einen Stressstimulus mit einer der Kontrollgruppe vergleichbaren Stressantwort. Zusammenfassend zeigen die vorgelegten Untersuchungen, dass eine chronische Defizienz von FGF-2 bei Mäusen zu einer neurogen bedingten Beeinträchtigung des Renin-Angiotensin-Aldosteron-Systems führt. Dieser Defekt ist nicht mit Störungen des zirkadianen Rhythmus oder der akuten Stressantwort verbunden.

FGF-2 has been implicated in various signaling processes which control embryonic growth and differentiation, adult physiology and pathology. The genetic deletion of FGF-2 offers a possibility to achieve further knowledge about the in vivo functions of this multifunctional protein. Histological studies have shown that FGF-2 deficient mice have an impaired cerebral cortex development and a reduced number of spinal cord neurons. In addition in-vivo studies showed that FGF-2 deficient mice have an arterial hypotension and an impaired blood pressure regulation. These studies suggest that FGF-2 is essential for the development of neuronal circuits regulating blood pressure. This hypothesis was further confirmed using a second mouse model where a chicken FGF-2 transgene under control of the Wnt-1 promotor was reexpressed in the neural tube of FGF-2 deficient mice between day 9.5 and 14.5 of embryonal development. These mice have a normal development of the CNS, are normotensive and have an intact blood pressure regulation. The aim of this study was to clarify if FGF-2 deficient mice have an impaired renin-angiotensin- aldosterone-system. Furthermore the effects of FGF-2 deficiency on the circadian rhythm and the sympatho-adrenomedullary axis were investigated. Three experimental series were performed on adult male FGF-2 WT mice and FGF-2 KO mice as well as on FGF-2 WT TgC mice und FGF-2 KO TgC mice using the following investigations: 1\. Measurement of mean arterial blood pressure and heart rate in conscious and unstrained mice by a chronic arterial catheter on day 2 and 3 after surgery. 2\. Determination of the plasma concentration of aldosterone, electrolytes and creatinine in blood samples drawn through the arterial catheter. 3\. Determination of heart weight and mass of the left and right ventricle for calculation of heart to body weight ratio and ventricular weight to body weight ratio. 4\. Determination of renal renin mRNA. 5\. Telemetric measurement of the mean arterial blood pressure, heart rate and activity: a. Analysis of the diurnal data b. Evaluation of the circadian rhythm c. Evaluation of the stress test The results of this work can be summarized as follows: 1\. The reduced mean arterial blood pressure in FGF-2 KO mice was confirmed. The results of the morphometric investigation showed a reduced weight of the left ventricle and a reduced left ventricular weight to body weight ratio. 2\. The concentration of plasma aldosterone in FGF-2 KO mice was reduced. 3\. The renal mRNA of renin in FGF-2 KO mice tended to be lower. 4\. The concentrations of plasma sodium, potassium, chloride and creatinine did not show any significant difference between FGF-2 KO and FGF-2 WT mice. 5\. FGF-2 KO TgC mice were normotensive. The morphometric results did not show any significant difference between FGF-2 WT TgC and FGF-2 KO TgC. 6\. The hypotensive phänotyp of the FGF-2 KO mice could not be confirmed in the telemetry. 7\. FGF-2 KO mice had a species specific circadian rhythm. 8\. FGF-2 KO mice showed a normal response to an acute stress stimulus. In summary the investigations show that the deficiency of FGF-2 results in a neurogenic impairment of the renin-angiotensin-aldosterone-system. In contrast FGF-2 deficiency does not affect the circadian rhythm or the acute hemodynamic response to stress.