dc.description.abstract
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.
de
dc.description.abstract
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.
en
