Differentielle Genexpression in den Blut-Hirnschrankenkapillaren von stroke- prone spontan hypertensiven Ratten

Abstract

In der vorliegenden Arbeit wurde eine Analyse der Genexpressionsprofile in den Blut-Hirnschrankenkapillaren von 13 Wochen alten SHRSP und SHR durchgeführt. Das Ziel dieser Untersuchungen bestand in der Identifizierung von veränderten Signaltransduktionswegen bzw. von Genen, die bereits vor dem Auftreten erster neurologischer Symptome in den SHRSP ein verändertes Expressionsmuster aufweisen und somit möglicherweise in die Pathogenese des Schlaganfalls in diesen Tieren involviert sind. Insgesamt konnten acht cDNAs isoliert werden, die ein differentielles Expressionsmuster in den Blut-Hirnschrankenkapillaren von SHRSP und SHR aufzeigen. Zwei der in SHRSP stärker exprimierten cDNAs (BM247 und BM259) wurden bisher noch nicht in den öffentlich zugänglichen Datenbanken beschrieben. Der in den SHRSP ebenfalls stärker exprimierte Klon BM267 wurde als der Sulfonylharn-stoffrezeptor SUR2B identifiziert und stellt die regulatorische Untereinheit von ATP-sensitiven Kaliumkanälen dar. Inwieweit die erhöhte Expression des SUR2B-Transkriptes mit einer beschriebenen Störung des Kaliumhaushaltes in den Tieren zusammenhängt, bleibt allerdings noch zu untersuchen. Cystatin-?, Ubiquitin B und Galectin-9 zeigen in den SHRSP ebenfalls eine erhöhte Expression. Alle drei Gene spielen eine Rolle in Proteindegradationsprozessen. Obwohl in den SHRSP nach dem Auftreten eines Schlaganfalls über erhöhte lysosomale Aktivität berichtet wurde, liegen bisher noch keine Erkenntnisse darüber vor, ob auch in den präsymptomatischen Tieren verstärkt lysosomale Prozesse ablaufen. Cyclophilin A gehört zur Familie der Immunphiline und stellt den Rezeptor für den Immunsuppressor Cyclosporin dar. Darüber hinaus ist CyPA in den Peroxidstoffwechsel der Zelle involviert. Möglicherweise sind erhöhte Konzentrationen an Peroxid für die verstärkte Expression von CyPA in den SHRSP verantwortlich. RGS5 ist in die Regulation von G-Protein-vermittelten Signalprozessen involviert und zeigt als einziges der identifizierten Gene eine verminderte Expression in den SHRSP. Im Gehirn wird RGS5 vorwiegend in den Endothelzellen der Blut- Hirnschrankenkapillaren und im fenestrierten Endothel des Plexus choroideus exprimiert. Auch das Renin-Angiotensin-System sowie PKC sind an der Regulation der RGS5-Expression beteiligt. Untersuchungen mit einem RGS5-GFP- Fusionskonstrukt ließen auf eine Verteilung von RGS5 im Zytoplasma und im Kern von humanen Endothelzellen schließen. Eine Stimulierung der Zellen mit cAMP führte zu einer Translokation von RGS5 an die Membran und verstärkt in den Zellkern. Dieses könnte ein Hinweis darauf sein, daß RGS5 mit tight junction- assoziierten Proteinen interagiert und das Permeabilitätsverhalten der Endothelzellen moduliert.

The present study comprised the analysis of blood-brain barrier capillary gene expression profiles of 13 weeks old SHRSP and SHR. The aim of this study was to identify disturbed signal transduction pathways and genes that showed an altered expression pattern prior to the onset of neurological symptoms, and that may be involved in the pathogenesis of stroke in the SHRSP. A total of eight cDNAs were isolated and shown to have a differential expression pattern in the blood-brain barrier of SHRSP and SHR. The clone BM269, which was also more strongly expressed in the SHRSP, could be identified as the sulfonylurea receptor SUR2B and represents the regulatory subunit of ATP-sensitive potassium channels. In how far the increased expression of the SUR2B transcript is connected to the altered potassium metabolism in these animals remains to be tested. Cystatin-ß, Ubiquitin B and Galectin-9 also showed an increased expression in the SHRSP. All three genes play a role in intracellular protein degradation. Although a higher lysosomal activity after the onset of stroke in the SHRSP is reported there exist no findings whether lysosomal processes are increased before the onset of stroke in these animals. Cyclophilin A belongs to the family of immunophilins and represents the receptor for the immune suppressor cyclosporine. Moreover, CyPA is involved in the peroxide metabolism of the cell. Increased concentrations of peroxide in the capillaries of SHRSP could be responsible for the altered expression of CyPA in these animals. RGS5 is involved in the regulation of G-protein mediated signal processes and represents the only gene downregulated in the SHRSP. In the brain RGS5 is expressed predominantly in the endothelial cells of the blood-brain barrier capillaries and in the fenestrated endothelial cells of the choroid plexus. The expression of RGS5 is influenced by the specific activity of PTX-sensitive heterotrimeric G-proteins. Furthermore, PKC and the renin-angiotensin-system are also involved in the regulation of the RGS5 expression. Investigations with a RGS5-GFP fusion construct showed a cytoplasmic and nuclear distribution pattern of RGS5 in human endothelial cells. After stimulation of the cells with cAMP a translocation of the fusion protein to the membrane and into the nucleus could be observed. Since cAMP increases the integrity of the barrier and therefore the permeability of endothelial cells these findings may suggest, that RGS5 interacts with tight junction associated proteins.