Chronic psychosocial stress is a risk factor for cardio- and cerebrovascular diseases. Human and animal studies show that chronic stress impairs endothelial function and worsens stroke outcome. However, the underlying molecular mechanisms still need to be elucidated. Therefore, the aim of this thesis was to identify chronic stress-associated endothelial mechanisms influencing stroke outcome. To induce chronic psychosocial stress, wild-type 129S6/SvEv mice were at first exposed to a stress model over a course of 28 days. Then for induction of ischemic stroke, control (C) and chronically stressed (CS) animals were subjected to transient, 30-minute occlusion of the left middle cerebral artery, followed by reperfusion (30 min MCAo/reperfusion). At 48 h after stroke induction, lesion volume was measured by T2-weighted magnetic resonance imaging (MRI). Furthermore, after 72 h, cerebral endothelial cells (ECs) were isolated from infarcted and corresponding non-infarcted brain tissue from the contralateral hemisphere. In ECs, the differential gene expression was analyzed with RNA-sequencing (RNA-seq). The applied chronic stress paradigm led to hyperactivation of the hypothalamic-pituitary-adrenal (HPA) axis with enlarged adrenal glands, increased FK506-binding protein 5 (FKBP5) expression in hypothalamus, and reduced weight gain. However, probably due to adaption of the stress axis, reduced levels of corticosterone were measured in plasma of CS compared to C mice after completion of the stress paradigm. CS mice displayed increased lesion sizes at 48 h after MCAo/reperfusion. Gene expression analyses with RNA-seq revealed a higher number of differentially expressed genes (DEGs) in ECs of CS versus C mice when the ipsilateral was compared with contralateral side. In CS mice, the DEGs were associated with biological processes, including proliferation, cell death, and neovascularization which are known to modulate stroke outcome. One of the detected DEGs in CS animals was microRNA (miR)-34a, which is associated with a reduced functional recovery after myocardial infarction, increased cell death, and reduced angiogenesis. In ischemic whole brain tissue, the expression of the mature microRNAs miR-34a-3p and miR-34a-5p correlated positively with the cerebral lesion size. In contrast, both microRNAs correlated negatively with the mRNA expression of the anti-apoptotic and proliferation-promoting miR-34a target molecule sirtuin 1 (Sirt1) in ischemic brain tissue. In summary, these results confirm that chronic psychosocial stress affects transcriptomic profile of ECs after ischemic stroke and leads to impaired stroke outcome. The increased miR-34a expression indicates stress-induced inhibition of regenerative processes, such as endothelial proliferation or angiogenesis, and increased cell death as mechanistic approach.
Chronischer psychosozialer Stress gilt als Risikofaktor für kardio- und zerebrovaskuläre Erkrankungen. Humane und tierexperimentelle Studien zeigen, dass chronischer Stress zu einer gestörten Endothelfunktion führt und das Schlaganfallergebnis verschlechtert. Die zugrunde liegenden molekularen Mechanismen sind jedoch bis dato nicht ausreichend verstanden. Ziel dieser Arbeit war es daher endotheliale Mechanismen zu identifizieren, durch welche chronischer Stress das Schlaganfallergebnis beeinflusst. Zunächst wurden 129S6/SvEv-Wildtypmäuse für 28 Tage einem Modell zur Induktion von chronischem psychosozialen Stress ausgesetzt. Anschließend erfolgte sowohl bei den Kontrolltieren als auch bei den chronisch gestressten Tieren die Induktion des ischämischen Schlaganfalls durch einen transienten, 30-minütigen Verschluss der linken Arteria cerebri media gefolgt von einer Reperfusion (30 min MCAo/Reperfusion). Am Zeitpunkt 48 h nach MCAo/Reperfusion wurde die zerebrale Läsionsgröße mittels T2-gewichteter Magnetresonanztomographie (MRT) gemessen. Darüber hinaus wurden am Zeitpunkt 72 h zerebrale Endothelzellen sowohl aus dem infarzierten als auch aus dem korrespondierenden nicht-infarzierten Hirngewebe der kontralateralen Seite isoliert. Die differenzielle Genexpression wurde mittels RNA-Sequenzierung in den Endothelzellen analysiert. Das eingesetzte chronische Stressparadigma führte zu einer Hyperaktivierung der Hypothalamus-Hypophysen-Nebennieren-Achse mit vergrößerten Nebennieren, einer erhöhten FK506-binding protein 5 (FKBP5)-Expression im Hypothalamus sowie einer verringerten Gewichtszunahme. Nach Beendigung des Stressparadigmas wurden jedoch im Plasma der chronisch gestressten Tiere niedrigere Corticosteronwerte als in der Kontrollgruppe detektiert, was wahrscheinlich durch eine Adaption der Stressachse bedingt ist. Vergleichen mit den Kontrolltieren besaßen die chronisch gestressten Mäuse 48 h nach MCAo/Reperfusion größere Hirninfarkte. Die Genexpressionsanalysen mittels RNA-Sequenzierung ergaben in den Endothelzellen der chronisch gestressten Mäuse verglichen mit den Kontrolltieren eine erhöhte Anzahl an differentiell exprimierten Genen beim Vergleich der ipsilateralen mit der kontralateralen Seite. In den chronisch gestressten Tieren waren diese Gene mit biologischen Prozessen wie Proliferation, Zelltod und Neovaskularisation assoziiert, die bekanntermaßen das Schlaganfallergebnis modulieren. Als eines dieser in den gestressten Tieren differentiell exprimierten Gene wurde die MicroRNA (miR)-34a identifiziert, deren Expression mit verschlechterter funktionaler Regeneration nach einem Herzinfarkt, vermehrtem Zelltod und verminderter Angiogenese einhergeht. Untersuchungen im Schlaganfallgewebe zeigten eine positive Korrelation der reifen Sequenzen miR-34a-3p und miR-34a-5p mit der zerebralen Läsionsgröße. Im Gegensatz dazu korrelierten beide MicroRNAs negativ mit der mRNA-Expression des anti-apoptotisch wirkenden und proliferationsfördernden miR-34a-Zielmoleküls Sirtuin 1 (Sirt1) im ischämischen Ganzhirngewebe. Zusammenfassend bestätigen diese Ergebnisse, dass chronischer psychosozialer Stress das endotheliale Transkriptionsprofil nach ischämischem Schlaganfall beeinflusst und zu einem verschlechterten Schlaganfallergebnis führt. Die verstärkte miR-34a-Expression weist hierbei auf eine stressvermittelte Inhibition regenerativer Prozesse wie endotheliale Proliferation bzw. Angiogenese und vermehrten Zelltod als mechanistischem Ansatz hin.
