Vergleichende Analysen der Expression kardialer Gene in einem doppelt transgenen SERCA2/Renin-Hypertoniemodell

Abstract

Die arterielle Hypertonie und die koronare Herzkrankheit stellen in Europa die am häufigsten zur Herzinsuffizienz führenden Krankheitsbilder dar. Auch wenn die Herzinsuffizienz ein Syndrom darstellt und sich in unterschiedlichen Formen präsentiert, so sind doch in den letzten Jahren Gemeinsamkeiten in der pathophysiologischen Endstrecke erarbeitet worden. Hierunter kommt den Veränderungen der Ca2+-Homöostase des Myokards eine Schlüsselrolle zu, da sie direkten Einfluss auf die Kontraktion und Relaxation und somit auf die systolische und diastolische Funktion haben. Auf molekularer Ebene beobachtet man Umstellungen in der kardialen Expression funktionell wichtiger Gene. Eine Abnahme von SERCA2a-Expression und SERCA2a-vermittelter Ca2+-Transportaktivität des sarkoplasmatischen Retikulums (SR) spielen eine wichtige Rolle in der Pathogenese der chronischen Herzinsuffizienz. Daher sollten geeignete präventive bzw. therapeutische Interventionen zur Verbesserung der SERCA2a-vermittelten Ca2+-Transportaktivität funktionell wichtige Prozesse wie Kontraktilität, Relaxation, elektromechanische Kopplung und Genregulation langfristig positiv beeinflussen können. Hiervon ausgehend wurde in dieser Arbeit untersucht, ob die zusätzliche Expression eines SERCA2-Transgens in hypertensiven Renin-transgenen Ratten Einfluss auf die linksventrikuläre (LV) Hypertrophie, die kardiale Expression von Biomarkern der LV Hypertrophie sowie die Expression und Funktion des SERCA2 /Phospholamban-Systems hat. Die vergleichenden Untersuchungen an LV Proben von 30-34 Wochen alten männlichen heterozygoten Renin-transgenen Ratten (Ren2-TG) und doppelt transgenen SERCA2/Ren2-Tieren (SERen-dTG) wurden durch ausgewählte Analysen entsprechenden Proben weiblicher Tiere ergänzt. Als Kontrollgruppen dienten LV Proben normotensiver nicht-transgener Ratten (NTG) gleichen Alters und Geschlechts. Bei männlichen Tieren hatte die Expression des SERCA2a- Transgens keinen Einfluß auf die Hypertonie-bedingte linksventrikuläre Hypertrophie. So betrug die signifikante Zunahme der LV Masse im Vergleich zu normotensiven NTG bei Ren2-TG 23%. Zwischen Ren2-TG und SERen-dTG bestand kein signifikanter Unterschied. Auf molekularer Ebene war das assoziiert mit vergleichbar erhöhten mRNA-Spiegeln des Hypertrophie-Biomarkers Atriales Natriuretisches Peptid (ANP) bei Ren2-TG (+990% vs. NTG, p<0.05) und SERen-dTG (+820% vs. NTG, p<0.05). Funktionell unterschieden sich die in vitro in LV Membranpräparaten gemessenen SERCA2a-vermittelte SR Ca2+-Transportraten zwischen SERen-dTG (-13% vs NTG) und Ren2-TG (-17% vs NTG) nicht. Allerdings wurde eine Abnahme der immunreaktiven SERC2a-Proteinspiegel in Ren2-TG um 34% (p<0.05 vs. NTG) durch die Expression des SERCA2a-Transgens in SERen-dTG kompensiert, so dass NTG und SERen-dTG vergleichbare SERC2a-Spiegel aufwiesen. Für den zusätzlich bestimmten SERCA2a/PLN-Proteinquotienten ergaben sich vergleichbare Gruppenunterschiede. Im Vergleich zu NTG war dieser Quotient in Ren2-TG um mehr als 20% vermindert (p< 0,05), während sich die entsprechenden Werte von NTG und SERen-dTG nicht signifikant unterschieden. Wie bei männlichen Tiere, hatte die zusätzliche Expression der SERCa2-Transgens bei weiblichen SERen-dTG weder Einfluß auf die LV-Masse noch auf die SR Ca2+-Transportaktivität. Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass bei chronischer Drucküberlast im untersuchten Rattenmodell mit Renin-vermittelter arterieller Hypertonie die beobachtete Abnahme der kardialen SERCA2a- Proteinspiegel in Ren2-TG durch zusätzliche Expression eines SERCA2a-Transgens kompensiert werden kann. Entsprechende zu erwartende günstige funktionelle Konsequenzen bezüglich des SERCA2a-vermittelten Transportes von Ca2+ in das SR konnten nicht nachgewiesen werden.

Hypertension and coronary heart disease are the leading causes of heart failure in Europe. Notwithstanding the fact that heart failure is a syndrome there are some common pathophysiological pathways. Changes of the myocardial calcium homeostasis have a pivotal role because they influence directly contraction and relaxation,thus systole and diastole. At the molecular level changes of the expression of important genes are observed. A downregulation of the SERCA2a gene expression and the SERCA2 mediated Ca2+-transport acitivity of the sarcoplasmatic reticulum play an important role in the pathogenesis of heart failure. Thus preventive or therapeutic interventions which address the SERCA2a mediated Ca2+-transport activity could have a positive effect on contractility, relaxation, electromechanical coupling and gene regulation. Therefore this work examined if the additional expression of the SERCA2-transgene in hypertensive Renin-transgenic rats has an impact on the left ventricular hypertrophy, the cardiac gene expression of biomarkers of left ventricular hypertrophy and the expression and function of the SERCA2/Phospholamban system. The comparative studies of left ventricular probes of 30-34 old male heterozygot Renin-transgenic rats (Ren2-TG) and double transgenic SERCA2/Ren2-rats (SERen-dTG) had been endorsed with analysis of corresponding female animals. Left ventricular probes of normotensive non- transgenic rats (NTG) of the same age and gender served as reference. The expression of the SERCA2a-transgene had no influence on the hypertension induced left ventricular hypertrophy in male animals. The significant increase of the left ventricular mass in Ren2-TG was 23% compared to the normotensive control group NTG. Between Ren2-TG and SERen-dTG no statistical significant difference could be obsverved. This was associated with a comparable increase of the mRNA levels of the biomarker of hypertrophy Atrial Natriuretic Peptide (ANP) in Ren2-TG (+990% vs. NTG, p<0.05) and in SERen-dTG (+820% vs. NTG, p<0.05). There was no relevant difference concerning the in vitro measured SERCA2a-mediated SR Ca2+-transport activity between SERen-dTG (-13% vs NTG) und Ren2-TG (-17% vs NTG). However a decrease of the immunoreactive SERCA2a protein levels in Ren2-TG of 34% (p<0.05 vs. NTG) was compensated by the expression of the SERCA2a-transgene in SERen-dTG animals with the result that NTG and SERen-dTG had comparable SERCA2a levels. Compared with NTG the SERCA/PLN ratio of Ren2-TG was more than 20% lower (p< 0,05). No statistical significant difference could be observed between NTG and SERen-dTG concerning the SERCA/PLN ratio. As with the male animals the additional expression of the SERCA2-transgene in female SERen-dTG had no influence on the left ventricular mass and the SR Ca2+ transport activity. In summary it can be said that in this studied animal model with Renin mediated hypertension with chronic pressure overload the decline of the cardiac SERCA2 protein levels in Ren2-TG can be compensated with the additional expression of the SERCA2a-transgene. Corresponding positive consequences concerning the SERCA2a mediated transport of Ca2+ in the SR could not be demonstrated.