Molekulare Mechanismen der Expression vaskulärer NADPH-Oxidasen als möglicher therapeutischer Angriffspunkt
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Herzkreislaufsystem können reaktive Sauerstoffspezies (ROS) von verschiedenen Systemen produziert werden. Die NADPH‐Oxidasen (Nox) stellen dabei die Hauptquelle der ROS im Gefäßsystem dar und tragen zu etwa 60% der gesamten ROS‐Bildung in Koronararterien der Patienten mit Koronarer Herzkrankheit bei. Überschreitet die ROS‐Produktion die Kapazität der antioxidativen Schutzmechanismen, kommt es zum oxidativen Stress. Folgen sind Lipidperoxidation, Proteinoxidation und Schädigung der DNA, die bei der Entstehung kardiovaskulärer Erkrankungen eine wichtige Rolle spielen. Somit stellen die Nox‐Enzyme interessante Zielmoleküle für die Therapie dar. Das Ziel des DFG‐Projekts war es, die molekularen Mechanismen der Nox‐Expression (Transkription und mRNA‐Stabilität) zu untersuchen, um Entwicklung neuer Therapieansätze zu dienen. Im Rahmen des DFG‐Projektes konnten wir 2 neue Transkriptionsfaktoren, AP‐1 und p53, für die Nox4‐Expression in Endothelzellen identifizieren. Interessanterweise unterliegt die Bindung von AP‐1 an den Nox4‐Promotor epigenetischen Regulationsmechanismen. Eine Hyperacetylierung der Histonmoleküle (wie z.B. durch Hemmung der Histon‐Deacetylase 3, HDAC3) verhindert die Bindung von AP‐1 (und RNA‐Polymerasen) an den Nox4‐Promotor. Dadurch wird die Nox4‐Transkription gehemmt. Diese epigenetische Regulation stellt bisher die effektivste Hemmung der Nox4‐Expression dar. Des Weiteren konnten wir den Signalweg PKCα‐Ekr1/2‐Elk1 als ein weiterer Regulationsmechanismus der Nox4‐Expression in Endothelzellen zeigen (Publikation in Vorbereitung). In glatten Muskelzellen erhöht das synthetische Glucocorticoid Dexamethason die Nox1‐Expression, vermindert aber gleichzeitig die Nox4‐Expression. Der 3’‐untranslatierter Bereich (UTR) spielt eine wichtige Rolle bei der Regulation der mRNA‐Stabilität. Hierzu fanden wir heraus, dass der 3’‐UTR von No4 regulatorische Sequenzen (AU‐reiche Elements, ARE) enthält und die Bindung von ARE‐Bindeproteinen (insbesondere KHSRP) an den 3’‐ UTR durch die polyphenolische Substanz Resveratrol reguliert wird. Somit scheint dies ein neuer Regulationsmechanismus der Nox4‐mRNA‐Stabilität zu sein. Teil der Wirkung von Resveratrol ist wahrscheinlich durch miR‐659 vermittelt, die wir als Nox4‐regulierende microRNA identifiziert haben. Die genauen Mechanismen werden derzeit noch untersucht. Als Testsubstanzen haben wir Betulinsäure und Resveratrol in Tierexperiment verwendet. In einem Mausmodell für Schlaganfall reduziert Betulinsäure die Nox2‐Expression und Peroxynitrit‐Bildung und vermindert die Infarktgröße. Zusätzliche Wirkung auf die NOS‐Enzyme (Hemmung der nNOS und iNOS sowie Hochregulation der eNOS) trägt zur Protektion bei. In Maus in vivo konnten wir multiple antioxidative Wirkung von Resveratrol demonstrieren. Diese Substanz vermindert die Expression von Nox2 und Nox4, erhöht die Expression von antioxidativen Enzymen (Superoxiddismutasen, Katalase und GPx1), und korrigiert eine eNOS‐Entkopplung (d.h. vermindert die Superoxid‐Bildung und erhöht gleichzeitig die NO‐Produktion aus eNOS; daher doppelt protektiv).
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Prevention of atherosclerosis by interference with the vascular nitric oxide system. Curr Pharm Des. 2009; 15: 3133‐3145
Li H and Forstermann U
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Resveratrol reduces endothelial oxidative stress by modulating the gene expression of superoxide dismutase 1 (SOD1), glutathione peroxidase 1 (GPx1) and NADPH oxidase subunit (Nox4). J Physiol Pharmacol. 2009; 60 Suppl 4: 111‐116
Spanier G, Xu H, Xia N, Tobias S, Deng S, Wojnowski L, Forstermann U and Li H
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Resveratrol reverses endothelial nitric‐oxide synthase uncoupling in apolipoprotein E knockout mice. J Pharmacol Exp Ther. 2010; 335: 149‐154
Xia N, Daiber A, Habermeier A, Closs EI, Thum T, Spanier G, Lu Q, Oelze M, Torzewski M, Lackner KJ, Munzel T, Forstermann U and Li H
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Betulinic acid protects against cerebral ischemia‐reperfusion injury in mice by reducing oxidative and nitrosative stress. Nitric Oxide. 2011; 24: 132‐138
Lu Q, Xia N, Xu H, Guo L, Wenzel P, Daiber A, Munzel T, Forstermann U and Li H
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Therapeutic effect of enhancing endothelial nitric oxide synthase (eNOS) expression and preventing eNOS uncoupling. Br J Pharmacol. 2011; 164: 213‐223
Forstermann U and Li H
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Cardiovascular effects and molecular targets of resveratrol. Nitric Oxide. 2012; 26: 102‐110
Li H, Xia N and Forstermann U
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Red wine and cardiovascular health. Circ Res. 2012; 111: 959‐961
Li H and Forstermann U
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Transcriptional regulation of Nox4 by histone deacetylases in human endothelial cells. Basic Res Cardiol. 2012; 107: 283
Siuda D, Zechner U, El Hajj N, Prawitt D, Langer D, Xia N, Horke S, Pautz A, Kleinert H, Forstermann U and Li H
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Uncoupling of endothelial NO synthase in atherosclerosis and vascular disease. Curr Opin Pharmacol. 2013 Feb 6
Li H and Forstermann U
