Einfluss von Östrogen auf den mitochondrialen Metabolismus bei drucklast- induzierter Myokardhypertrophie

Abstract

Geschlechterunterschiede (GU) bei Myokardhypertrophie (MH) wurden bereits auf Sexualhormone wie Östrogen (E2) zurückgeführt. Ziel dieser Arbeit ist die weitere Charakterisierung von GU und der Rolle Östrogens in der Regulation von Gen- und Proteinexpression im Energiemetabolismus bei MH. Dazu wurden Schlüsselregulatoren des Fettsäuremetabolismus wie der Peroxisomen Proliferierende Aktivierte Rezeptor α (PPARα), PPARγ Ko-Aktivator 1α (PGC-1α) und PPARβ/δ, sowie Glukosemetabolismus, Atmungskettenkomplexe und antioxidative En-zyme in einem Mausmodell drucklast-induzierter linksventrikulärer Hypertrophie analysiert. Vor Beginn dieser Studie war eine transversale Aortenkonstriktion (TAC) oder eine Schein-OP (Sham) in weiblichen, männlichen und ovarektomierten Mäusen (OVX) durch-geführt worden. Die Tiere waren entweder mit phytoöstrogenfreiem (Placebo) oder E2- angereichertem Futter ernährt worden. Die Organe waren nach vier Wochen entnommen und bis zur Verwendung bei minus 80°C gelagert worden. Die Analyse der relativen Gen-und Proteinexpression erfolgte mittels RT-PCR und Western Blot. Die TAC induzierte eine MH, die E2-Behandlung reduzierte die MH in allen drei TAC-Gruppen. In Weibchen blieb die Ejektionsfraktion (EF) unverändert. In den männlichen und OVX-Tieren führte die TAC zur signifikanten EF-Reduktion (p<0.05). Die E2- Behandlung verhinderte diese EF-Verminderung. In Weibchen waren PPARα und PGC-1α nach TAC-Induktion unverändert exprimiert. In den männlichen und OVX-Tieren war die Expression von PPARα und PGC-1α, sowie mehrerer Zielgene signifikant vermindert. Die E2-Behandlung führte zum Erhalt einer signifikant höheren Expression dieser Regulatoren in männlichen und OVX- TAC-Tieren im Vergleich zur Placebobehandlung (p<0.05). Die PPARβ/δ-Expression war nach TAC-Induktion ausschließlich in den Weibchen vermindert. Unter E2-Behandlung war keine Reduktion der PPARβ/δ-Genexpression zu verzeichnen. Weiterhin war eine Reduktion mehrerer PPARβ/δ-Zielgene in den weiblichen TAC- Tieren zu beobachten. Die TAC führte zur Reduktion der Glukosetransporter 1 und 4 in Männchen und Weibchen. Eine TAC-assoziierte Steigerung der Atmungskettenkomplex-Untereinheiten ND1 und COX3 wurde ausschließlich in männlichen Tieren beobachtet und war unter E2- Behandlung nicht zu verzeichnen. Signifikante TAC-induzierte oxidative Proteinschädigungen zeigten sich ausschließlich in den placebobehandelten Männchen. Die vorliegenden Ergebnisse beschreiben einen Energiestoffwechsel bei kompensierter MH und bestätigen die bereits beschriebene MH-induzierte Herabregulation des Fettsäuremetabolismus. Diese scheint jedoch unterschiedlich vermittelt zu werden. Die EF-Reduktion in Männchen und OVX ist assoziiert mit einer wahrscheinlich PPARα- und PGC-1α-vermittelten Reduktion des Fettsäurestoffwechsels. E2 beugt diesem Prozess vor. In Weibchen führte TAC bei stabiler EF zur PPARβ/δ-Verminderung. Dies spricht für ein günstigeres MH- Stadium. E2 hemmt die PPARβ/δ Senkung in weiblichen Tieren. Diese Befunde sprechen für das Vorliegen E2-vermittelter GU in der Regulation des Fettsäurestoffwechsels bei drucklast-induzierter MH.

The decline of mitochondrial metabolism is a common feature of the hypertrophied heart. Oestrogen (E2) has previously been suggested to mediate sex differences preserving mi-tochondrial metabolism in myocardial hypertrophy. This study aims to describe the role of E2 in gene expression of mitochondrial metabolism in the hypertrophied heart. Key regulators of fatty acid metabolism (peroxisome proliferator-activated receptor α (PPARα), PPARγ coactivator 1 alpha (PGC-1α) and PPARβ/δ) and glucose metabolism, mitochondrial respiratory chain complexes and antioxidative enzymes were analysed in a murine model of pressure overload-induced left ventricular hypertrophy (LVH). Prior to the analysis, female, male and ovariectomised (OVX) female mice aged nine weeks had been subjected to transverse aortic constriction (TAC) or sham surgery (sham) and fed with phytooestrogen-free (placebo) or E2-enriched food. Organs had been harvested after week four. Relative gene and protein expression were measured by RT-PCR and western blot, respectively, in left ventricle whole cell lysates. TAC induced LVH, and E2 reduced LVH in all groups. In female mice, ejection fraction (EF) remained stable. In placebo male and OVX mice, TAC significantly decreased EF. E2 treatment prevented the EF decline. The expression of PPARα and PGC-1α remained stable in females but was significantly reduced in male and OVX mice. Several PPARα target genes were downregulated ac-cordingly in males and OVX. E2 treatment preserved a significantly higher expression of these genes in males and OVX. TAC induced a reduction in glucose transporters 1 and 4 in both males and females. In males only, TAC was associated with an increase in ND1 and COX3, subunits of res-piratory chain complex IV. Under E2 treatment, no changes were observed. Furthermore, TAC induced significant oxidative protein damage in males only. Our results are consistent with an energy metabolism of compensated LVH and suggest that TAC-induced changes in fatty acid metabolism occur in both females and males, but are mediated differently. In male and OVX animals, the decline of EF is associated with a decrease in PPARα and PGC-1α. In females, no reduction in EF occurred, indicating a more favourable stage of LVH. LVH in female mice is associated with a decrease of PPARβ/δ. In males and OVX, E2 prevents EF decline and preserves PPARα/PGC1-α expression. In females, E2 prevents TAC-induced PPARβ/δ decrease. These findings emphasise sex differences and a major role of E2 in the regulation of mitochondrial metabolism in TAC-induced LVH in both males and females.