Fulminante und subakute Zelltodprozesse spielen in der Pathogenese multipler Syndrome wie Herzinfarkt, Herzinsuffizienz, akutem Leberversagen und Schlaganfall eine herausragende Rolle und sind mit einer hohen Mortalität und Morbidität assoziiert. Eine Vielzahl von Studien hat gezeigt, dass Apoptose und Nekrose eine Schlüsselrolle bei der Entwicklung von Herzinfarkt, Herzinsuffizienz, akutem Leberversagen und Schlaganfall spielen. Ein besseres Verständnis der zugrundeliegenden zellulären und molekularen Mechanismen ist die Voraussetzung zur Entwicklung neuer pharmakologischer bzw. molekularer Strategien zur Prävention und Therapie dieser mit massivem Zellverlust einhergehenden Erkrankungen. In der vorliegenden Arbeit wurden neben der pathophysiologischen und therapeutischen Bedeutung des Apoptose Repressor ARC auf Herzinfarkt, Herzinsuffizienz, akutes Leberversagen und Schlaganfall die zugrundeliegenden molekularen Mechansimen untersucht. An Herzen ARC-defizienter Mäuse konnte gezeigt werden, dass endogenes ARC bei chronischer Druckbelastung durch Aortenkonstriktion und beim Ischämie-Reperfusionsschaden kardioprotektiv wirkt.95,100 Eine chronische Nachlasterhöhung durch Aortenkonstriktion führte bei ARC-defizienten Mäusen zur Ausbildung einer akzelerierten Kardiomyopathie, die durch eine schwerwiegende Abnahme der Pumpfunktion, eine progressive linksventrikuläre Dilatation und eine verstärkte myokardiale Fibrosierung gekennzeichnet war.100 Verglichen mit Wildtyp Kontrollen führte ein Ischämie-Reperfusionsschaden bei ARC-defizienten Mäusen zu um 50% größeren Herzinfarkten.100 Ursächlich für die gesehenen Befunde zeigte sich in beiden kardialen Stressmodellen ein signifikanter Anstieg der Apoptoserate in den ARC-defizienten Tieren.100 Stark reduzierte myokardiale ARC Proteinspiegel terminal herzinsuffizienter Patienten deuten auf eine klinische Relevanz der im Mausmodell erhobenen Befunde hin.95,100 Der Effekt von endogenem und ektopem ARC auf Überleben und Signaltransduktion neonataler Rattenkardiomyozyten im Rahmen Doxorubicin-induzierter Kardiotoxizität wurde nachfolgend untersucht.96 Dabei zeigte sich, dass die einmalige Stimulation neonataler Rattenkardiomyozyten mit Doxorubicin zu einer prä- als auch posttranslationalen Herunterregulation der ARC mRNA und Protein Konzentration führt, die mit dem Auftreten einer signifikanten Kardiomyozyten Apoptose assoziiert ist und durch proteasomale Inhibitoren partiell blockiert werden kann. Der Knockdown von endogenem ARC machte Kardiomyozyten empfindlicher gegenüber Doxorubicin-induzierter Apoptose. Im Gegensatz dazu führte eine adenoviral-vermittelte Überexpression von ARC zu einer ausgeprägten kardiomyozytären Resistenz gegenüber Doxorubicin-induziertem Zelltod, was auf eine Stabilisierung des mitochondrialen Membranpotentials und eine Inhibierung der Cytochrom c-Freisetzung zurückzuführen war.96 In der Folgearbeit konnte gezeigt werden, dass ektopes ARC FAS- und TNF-vermitteltes caspase-abhängiges fulminantes Leberversagen bei der Maus in vivo und in vitro inhibiert.97 Bedeutsamerweise, konnten auch alle Versuchstiere noch gerettet werden, wenn die TAT-ARC Therapie erst im Anschluss an die Induktion des Leberversagens mittels Jo2, ConA oder GalN/LPS Stimulation begonnen wurde. FAS-vermittelte Apoptose wurde durch eine direkte Interaktion von ARC mit DISC-Komponenten inhibiert. TNF-vermittelter Zelltod wurde sowohl durch eine Inhibition der JNK-abhängigen TNFα Expression als auch durch eine Inhibition des Todesrezeptor- und mitochondrialen Apoptose Signalwegs verhindert. Wir identifizierten JNK als neues Target von ARC. Dabei führt die CARD-abhängige, direkte Interaktion von ARC mit JNK1 und JNK2 zu einer Inhibition der JNK Aktivierung und JNK-abhängigen TNFα Produktion. Daraufhin untersuchten wir die therapeutische Bedeutung von ektopem ARC auf Paracetamol-induzierte hepatozelluläre Nekrose bei der Maus.98 Im Rahmen dieser Arbeit konnte erstmals gezeigt werden, dass eine Behandlung von C57BL/6 Mäusen mit TAT-ARC Fusionsprotein bei Paracetamol-induzierter Hepatotoxizität zu einer Inhibition von ansonsten letal verlaufendem nekrotischen Leberversagen führt. Paracetamol Überdosierung führte zur Induktion der RIP-Signaltransduktionskaskade mit nachfolgender JNK Aktivierung und Nekrose Entstehung, die durch ektopes ARC verhindert werden konnte. Ektopes ARC führte zu einer Inhibition der JNK Aktivierung, die sich in einer Hemmung der JNK Phosphorylierung und mitochondrialen Translokation durch spezifische Interaktionen zwischen ARC und endogenem JNK1 und JNK2 wiederspiegelte. Die ARC-vermittelte Hepatoprotektion nach Paracetamol war nicht auf eine Veränderung des Metabolismus zurückzuführen, resultierte aber in signifikant reduziertem oxidativen Stress. Abschließend untersuchten wir die pathophysiologische und therapeutische Bedeutung von endogenem und ektopem ARC beim Hirninfarkt der Maus.99 Dabei führte die TAT-ARC Protein Transduktion bei der Maus in vivo zu signifikant kleineren Hirninfarkten und signifikant weniger Verhaltensauffälligkeiten 72 Stunden nach zerebraler Ischämie. Als zugrundeliegender Mechanismus wurde eine direkte, CARD-abhängige Interaktion von ARC mit DAXX identifiziert, die zu einer Hemmung der ASK1-JNK-Aktivierung und nachfolgender Inhibierung neuronaler Apoptose führte. Bedeutsamerweise führte eine TAT-ARC Protein Transduktion auch 3h nach Schlaganfall-Induktion gegenüber Kontrollen noch zu einer signifikanten Infarktgrößenreduktion, die mit einer verbesserten Motorfunktion 28 Tage nach dem Schlaganfallereignis assoziiert war. Zusammengefasst belegen die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit neben der pathophysiologischen Relevanz von ARC im Rahmen von Herz- und Hirninfarkt ARCs therapeutisches Potential im Rahmen von Syndromen mit fulminanten und subakuten Zelltodprozessen wie bei Herzinfarkt, Herzinsuffizienz, akutem Leberversagen und Schlaganfall.
