Stimulation des Östrogen Rezeptors alpha in c-kit (+) - Zellen unterstützt das Überleben von Kardiomyozyten nach Myokardinfarkt

Abstract

Trotz klinischer und experimenteller Daten, die eine kardioprotektive Rolle von Östrogenen via ihrem ERalpha gezeigt haben, sind die zugrunde liegenden Mechanismen noch wenig verstanden. Die vorliegende Arbeit zeigt erstmals einen Zusammenhang zwischen einem Östrogen-vermittelten Mechanismus in kardialen Stammzellen und positiven Effekten auf das Überleben von Kardiomyozyten. Sie beleuchtet somit einen frühen Teil der Postinfarktphase, der durch inflammatorische Vorgänge und den Beginn des sogenannten kardialen Remodelling gekennzeichnet ist. Es konnte gezeigt werden, dass ERalpha während dieser Phase in c-kit(+)-Vorläuferzellen im Herzen verstärkt exprimiert wird und dass diese Zellen unter in vitro Bedingungen durch Östrogenstimulation, bzw. durch Stimulation des ERalpha proliferieren. Auf molekularer Ebene wurden in diesen c-kit(+)-Vorläuferzellen eine Expression früher kardialer Gene beschrieben (GATA-4, NOTCH-2), sowie die Expression verschiedener Schlüsselmoleküle verschiedener Signalwege untersucht (Tbx3, STAT-3, Akt). In H9c2-Kardiomyoblasten konnte durch E2 und seinen ERalpha eine Hemmung der Differenzierungsbestrebung der Zelle gezeigt werden. In einer Ko-Kultur aus c-kit+Zellen und H9c2 Kardiomyoblasten war unter alleiniger Stimulation des ERalpha eine erhöhte Proliferation der Kardiomyoblasten zu beobachten. Dieser Effekt zeigte sich auch, wenn H9c2-Zellen mit „konditioniertem“ Medium von zuvor mit dem ERalpha-Agonisten PPT stimulierten c-kit+Zellen behandelt wurden. In einer weiteren Ko-Kultur aus primär gewonnenen Kardiomyozyten und c-kit+Zellen nahm die Apoptose der ersteren durch Stimulation mit E2 und PPT ab. Der ERbeta-Agonist DPN keine signifikanten Tendenzen im Sinne einer Stimulation der Proliferation von H9c2-Kardiomyoblasten. Ein potenzieller Schutzmechanismus des Herzens nach AMI mag schlussfolgernd wie folgt aussehen: nach dem akuten ischämischen Ereignis findet in dem vitalen Gebiet der Periinfarktzone ein Stimulus zur Proliferation c-kit(+)-Zellen statt. ERalpha, der in verschiedensten H9c2-Kardiomyoblasten proliferationssteigernd wirkt, wird in dieser Zellpopulation verstärkt exprimiert. Diese c-kit(+)-Zellen, obwohl quantitativ im kardialen Parenchym nicht ins Gewicht fallend, üben über parakrine Botenstoffe oder Zell-Kontakte anti-apoptotische Effekte auf die durch die Ischämie gefährdeten Kardiomyozyten aus. Dieser anti-apoptotische Effekte Effekt tritt nach Stimulation des ERalpha durch PPT auf c-kit(+)-Zellen auf. Durch das vermehrte Überleben von Kardiomyozyten verkleinert sich der Gewebsdefekt und es kommt zu einer funktionalen Wiederherstellung des Myokards. Der wichtigste Aspekt im klinischen Kontext ist die Untersuchung der parakrinen Funktion der c-kit+-Zellen und der Natur möglicher Botenstoffe. Dies wären mögliche hoffnungsvolle Ansätze für eine Verbesserung der Prognose vieler Patienten mit schweren Infarkten. Insbesondere, da die Gabe von Östrogenen mit Zurückhaltung gehandhabt werden sollte, ist die Identifikation einer oder mehrerer parakrin sezernierter Faktoren, die eine anti-apoptotische Wirkung in der Randzone des Infarktes ausüben, von großer Bedeutung. Im klinischen Kontext wäre es ebenfalls interessant, die Wirkung selektiver ER-Modulatoren zu untersuchen, da sich hier möglicherweise über ckit(+)-Zellen eine Verkleinerung des Infarktgebietes erzielen ließe. Weiterhin wird in vivo zu untersuchen sein, ob die aus dem Herzen isolierten Vorläuferzellen ihre positiven Effekte im post-Infarkt- Herzen auch auf Vitalparameter wie die EF ausüben. Dies könnte ein erster Schritt zu einer klinischen Erprobung der c-kit(+)-Zellen sein.

Despite previous studies demonstrating a cardioprotective role of estradiol via its estrogen receptor (ER)α, the underlying mechanisms remain unclear. Here we aimed to define ERα-involved mechanisms against cardiac injury. Seven days after myocardial infarction in male rats, cardiac ERα was upregulated in post- infarct cardiac c-kit+ cells accumulating in periinfarct myocardium as shown by Western blotting and immunofluorescence staining. Further, we isolated post-infarct cardiac c-kit+ cell population by modified magnetic activated cell sorting (MACS) and fluorescence activated cell sorting (FACS), and confirmed predominant ERα expression in this post-infarct cardiac c-kit+ cell population by real-time PCR. These post- infarct cardiac c-kit+ cells, characterized by upregulated transcription factors implicated in cardiogenic differentiation (GATA-4, Notch-2) and genes required for self-renewal (Tbx3, Akt), maintained a stable phenotype in vitro for more than 3 months. ERα stimulation supported proliferation but prevented differentiation of undifferentiated myoblast cells. When adult myocytes isolated from infarcted rat hearts were co-cultured with post-infarct cardiac c-kit+ cells, ERα stimulation inhibited apoptosis and enhanced survival of these myocytes. These findings suggest that cardiac ERα supports survival of cardiomyocytes through post-infarct cardiac c-kit+ cells, which may contribute to cardioprotection against cardiac injury.