Die Ausschüttung von Melatonin durch die Pinealozyten der Epiphyse unterliegt einer zirkadianen Rhythmik. So werden beim Menschen in der Nacht mit ca. 60 pg/ml ungefähr dreifach höhere Plasmaspiegel erreicht als bei Tag. Darüber hinaus wird Melatonin auch in peripheren Organen und Geweben wie dem Gefäßendothel gebildet und in das Blut abgegeben. Neben der Regulation der zirkadianen Rhythmik wirkt Melatonin auch als Radikalfänger zur Verminderung von oxidativem Stress. Der Blutdruck senkende Effekt von Melatonin konnte bereits 1978 in Tierversuchen an Ratten nachgewiesen werden, wobei eine Pinealektomie zu einer Hypertonie bei den Tieren führte, die unter Substitution mit Melatonin normalisiert wurde. Melatonin vermittelt seine Wirkungen durch direkte molekulare Interaktion und beim Menschen zusätzlich über die membranständigen Melatoninrezeptoren 1 (MT1) und 2 (MT2). Interessanterweise zeigten sich neuerdings in genetischen Studien wiederholt signifikante Assoziationen von Einzelnukleotidpolymorphismen (single nucleotide polymorphism, SNP) des MT2 Rezeptorgens MTNR1B mit klinischen Parametern beim Diabetes mellitus Typ II, wie z. B. den Plasmaglukosespiegeln. Vor diesem Hintergrund ergab sich, ergänzt durch die experimentellen Befunde, dass Melatonin in die Regulation von kardiovaskulären Funktionen eingreift, für die vorliegende Arbeit folgende Fragestellung: Sind die beim Diabetes als bedeutsam identifizierten SNPs von MTNR1B auch für weitere klinisch relevante Parameter des kardiovaskulären Systems von Bedeutung? Hierbei sollte zunächst das Verhältnis von genetischen Varianten mit den Langzeitblutdruckwerten bestimmt werden. Da MT2 am menschlichen Herzen exprimiert ist, sollte zusätzlich untersucht werden, ob genetische Assoziationen des MT2-Rezeptors mit strukturellen und funktionellen Parametern des Herzens vorliegen. In einer Studienpopulation von 605 an Bluthochdruck erkrankten Patienten (498 Männer, 107 Frauen, mittleres Alter 56,2 ± 9,4 Jahre) lagen geeignete Daten zu den demographischen und klinischen Parametern vor. Der Bluthochdruck wurde gemäß der europäischen Leitlinie behandelt. Die Patienten waren multizentrisch aus 15 verschiedenen Rehabilitationskliniken für kardiovaskuläre Erkrankungen rekrutiert worden. Der mittlere systolische Blutdruck über 24h lag bei 126,1 ± 14,6 mmHg, der mittlere diastolische Blutdruck über 24h bei 76,4 ± 9,5 mmHg. Es zeigte sich in der Gesamtpopulation eine typische zirkadiane Rhythmik des Blutdrucks mit den höchsten Werten zwischen 6-10 Uhr vormittags (systolisch 128,6 ± 16,1 mmHg; diastolisch 79,4 ± 10,6 mmHg) und den niedrigsten Blutdruckwerten in der Nacht (systolisch 119,1 ± 15,8 mmHg; diastolisch 69,9 ± 10,1 mmHg). Mittels Echokardiographie ergab sich bei allen Patienten eine mittlere Ejektionsfraktion von 63,7 ± 8,9% und bei 38% der Patienten lag eine linksventrikuläre Hypertrophie vor. Die Genotypen der SNPs rs10830962, rs4753426, rs12804291, rs10830963 und rs3781638 von MTNR1B wurden fluoreszenzbasiert mittels Real-time PCR und Sequenzierung bestimmt. Genetische Assoziationen wurden mittels multivariater Analyse unter Berücksichtigung von Kovariaten untersucht. Entsprechend der oben angegebenen Reihenfolge der SNPs ergaben sich nach statistischer Analyse zwei Haplotypen H1 (CTCCC) und H2 (GCCGA) mit entsprechenden Frequenzen von 0,402 und 0,277. In der genetischen Analyse der einzelnen SNPs fanden sich bezüglich der mittleren Langzeitblutdruckwerte keine signifikanten Assoziationen. In der Analyse der Haplotypen wiesen Träger des Haplotyps H1 im Vergleich zu Nicht- Trägern dieses Haplotyps einen signifikant erhöhten mittleren systolischen 24h-Blutdruck auf (Blutdruckdifferenz: 2,5 mmHg, p=0,023). Dieser Effekt war nachts (22 bis 6 Uhr) mit einer Differenz von 2,8 mmHg noch leicht ausgeprägter (p=0,019). In der genetischen Analyse der einzelnen SNPs und der Haplotypen H1 und H2 bezüglich des strukturellen kardialen Parameters LVMI ergaben sich keine signifikanten Assoziationen. In der genetischen Analyse der einzelnen SNPs bezüglich des funktionellen kardialen Parameters EF zeigten sich signifikante Resultate bezüglich der SNPs rs4753426 (p=0,033), rs12804291 (p=0,021) und rs3781638 (p=0,011) im kodominanten Modell. Bei der Analyse von Allelträgern im Vergleich zu Nicht-Trägern waren Träger des T-Allels bei rs4753426 und rs12804291 mit einer niedrigeren EF von 1,9% (95% CI: 0,3 bis 3,5%; p=0,02) bzw. 2,5% (95% CI: 0,8 bis 4,3%; p=0,006) und A-Allel Träger von rs3781638 mit einer niedrigeren EF von 1,8% (95% CI: -3,6 bis -0,1%; p=0,038) assoziiert. In der Analyse der Haplotypen zeigten Träger des Haplotyps H2 gegenüber den Nicht-Trägern dieses Haplotyps eine um 1,8% (95% CI: 0,45 bis 3,14%) signifikant höhere mittlere Ejektionsfraktion (p=0,009). Die Assoziationen, die in dieser Arbeit gefunden wurden, deuten darauf hin, dass Wirkungen des Melatonins auf das kardiovaskuläre System durch genetische Varianten im Gen des MT2-Rezeptors moduliert werden könnten. Dies könnte Auswirkungen sowohl auf den Diabetes wie auch auf die hypertensive Endorganschädigung haben. Insofern resultiert aus dieser Arbeit die interessante Fragestellung, ob die genetischen Variationen des MTNR1B eine physiologische Bedeutung haben für das metabolische Syndrom, welches unter anderem sowohl Diabetes als auch Bluthochdruck umfasst.
The production of melatonin in the pineal gland follows a circadian rhythm. In humans the plasma level is three times higher during the night (about 60 pg/ml ) than during the day. Apart from the pineal gland melatonin is also produced in peripheral organs and tissues such as vascular endothelium. Melatonin enters into circulation from those organs and tissues. In addition to its function as synchronizer of the circadian rhythm melatonin is also a free radical scavenger that reduces oxidative stress. Furthermore, it has a lowering effect on blood pressure, which was first demonstrated in experiments done in rats in 1978. In that experiment a pinealectomy caused hypertension, which could be normalized by substituting melatonin artificially. The effect of melatonin is mediated by direct molecular interaction and in humans additionally by membrane-bound melatonin receptors 1 and 2 (MT1 and MT2). The results of different recent genetic studies exposed significant associations of single nucleotide polymorphisms (SNPs) in the MT2 receptor gene MTNR1B with clinical parameters of diabetes mellitus type 2, for example the plasma glucose level. Against this background, and in addition to the experimental findings of melatonin playing a role at cardiovascular function this work focuses on the following question: Are the SNPs of MTNR1B that were identified as relevant for diabetes also connected to other clinical parameters of the cardiovascular system? First we determined if an association between genetic variants and long-term blood pressure exists. As MT2 is expressed in the human heart we investigated if there are genetic associations of the MT2-receptor with structural and functional parameters of the heart. On the basis of our study population of 605 patients with hypertension (498 men, 107 women, median age 56.2 +/- 9.4 years) we could use already existing appropriate data concerning the demographic and clinical parameters. Hypertension was treated according to the european guideline. Patients had been recruited in a multicenter design in 15 different rehabilitation centers for cardiovascular diseases. Median systolic blood pressure was 126.1 +/- 14.6 mmHg in 24 hours, median diastolic blood pressure was 76.4 +/- 9.5 mmHg in 24 hours. In the overall population we found a typical circadian rhythm of blood pressure with the highest values between 6 and 10 o'clock in the morning (systolic 128.6 +/- 16.1 mmHg, diastolic 79.4 +/- 10.6 mmHg) and the lowest values during the night (systolic 119.1 +/- 15.8 mmHg, diastolic 69.9 +/- 10.1 mmHg). By echocardiographic measurements we found a median ejection fraction (EF) of 63.7% +/- 8.9% and a left ventricular hypertrophy (LVH) in 38% of the patients. We determined genotypes of the SNPs rs10830962, rs4753426, rs12804291, rs10830963 and rs3781638 of MTNR1B with a fluorescent based real- time PCR method and sequencing. Genetic associations were investigated with multivariate analysis that takes the covariates into account. Corresponding to the order of the SNPs above after statistical analysis we found two haplotypes H1 (CTCCC) and H2 (GCCGA) with frequencies of 0,402 and 0,277 respectively. The genetic analysis of particular SNPs revealed no significant associations with mean long-term blood pressure. In the analysis of haplotypes we detected that patients carrying haplotype H1 have a significantly higher median systolic 24h-blood pressure compared to patients not carrying this haplotype (difference: 2.5 mmHg, p=0.023). Furthermore, we detected that this effect is even more pronounced during the night (22h – 6h) with a difference of 2.8 mmHg (p=0.019) In the genetic analysis of particular SNPs and the haplotypes H1 and H2 we found no significant associations with the structural cardiac parameter LVMI. Our genetic analysis of particular SNPs concerning the functional cardiac parameter EF exposed significant results with SNPs rs4753426 (p=0.033), rs12804291 (p=0.021) and rs3781638 (p=0.011) in the codominant model. Our comparison of allele carriers and non-carriers exposed a significantly lower EF in carriers of the T-allele in rs4753426 and rs12804291. The difference in EF was 1.9% (95% CI: 0.3 to 3.5%; p=0.02) and 2.5% (95% CI: 0.8 to 4.3%; p=0.006) respectively. Carriers of the A-allele in rs3781638 have a lower EF of 1.8% (95% CI: -3.6 to -0.1%; p=0.038). Our analysis of haplotypes revealed a significantly higher medium EF of 1.8% (95% CI: 0.45 to 3.14%; p=0.009) in carriers of haplotype H2 compared to non- carriers. The associations we found in this work indicate that effects of melatonin on the cardiovascular system could be modulated by genetic variants in the gene of the MT2-receptor. This could affect diabetes as well as hypertensive endorgan damage. The findings of this work lead to the interesting question, if the genetic variants of MTNR1B bear a physiological sense for the metabolic syndrome which includes either diabetes and hypertension.
