Untersuchung der anti-inflammatorischen Effekte der Lektin-Domäne des Thrombomodulin (TMLeD) für das maladaptive myokardiale Remodeling
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Kardiovaskuläre Erkrankungen haben eine schlechte Prognose. Effektive und kausale Strategien zur Behandlung des Reperfusionssyndroms und des maladaptiven Remodelings nach Myokardischämien mit Reperfusion (MI/R) stehen kaum zur Verfügung. Die Defizienz der Lektin-artigen Thrombomodulin-Domäne (LLD) bewirkt eine akzentuierte inflammatorische Antwort durch eine verstärkte Leukozyten-Rekrutierung, die zu einer deutlich verstärkten Myokard-Fibrose nach Ischämie führt. Zur Klärung der Frage, ob HMGB1 der LLD-Ligand ist, der möglicherweise die Effekte von Thrombomodulin auf das adverse myokardiale Remodeling und die myokardiale Fibrose vermittelt, haben wir in vivo und in vitro die Rolle der Wechselwirkung von der LLD mit HMGB1 für die myokardiale Schädigung untersucht. In Abwesenheit der LLD zeigt sich in vitro eine erhöhte membrangebundene Lokalisation von HMGB1, die auf eine Bindung von HMGB1 an seine putativen Membranrezeptoren schließen lässt, während die Anwesenheit der LLD diese Wechselwirkung verhindert. In unserem in vitro-Modell der Hypoxie mit Reoxygenation konnte der Pattern-recognition-Rezeptor TLR2 nicht aber TLR4, als der Rezeptor identifiziert werden über den kardiomyozytäre Apoptose durch HMGB1 induziert wird. In vivo führt die Blockade von TLR2 und HMGB1 sowie Überexpression der LLD im Mausmodell nach Myokardischämie mit Reperfusion (MI/R) zu einer Reduktion der myokardialen Schädigung. Daraus schliessen wir, dass durch Bindung von HMGB1 an die LLD kardioprotektive Effekte vermittelt werden, indem die Bindung von HMGB1 an seine Rezeptoren verhindert wird. Es kommt zu einer Reduktion der Kardiomyozyten-Apoptose, die, wie unsere Untersuchungen zeigen, über Wechselwirkung von HMGB1 mit TLR2 vermittelt wird. In einem zweiten Projektarm haben wir die nach Subtraktionshybridisierungen von MI/RMyokard aus TM LeD/LeD- und WT-Mäusen am stärksten regulierten Kandidaten das mitochondriale anti-oxidative mitoNEET und das Signalmolekül Phospho-Tyrosin-Phosphatase Rezeptor Sigma näher untersucht. Das Fehlen der LLD induziert die Expression von PTPR Sigma, während die therapeutische Erhöhung der LLD-Plasmaspiegel zu einer Reduktion führt. Die differentielle Expression ist dabei auf eine vermehrte Expression des LLD Liganden HMGB1 zurückzuführen. HMGB1 ist nach unseren vorläufigen Daten auch verantwortlich für die Induktion eines sezernierten Faktors, der PTPR Sigma-abhängig in Fibroblasten durch die Induktion von cTGF eine fibrotische Antwort verursacht. Basierend auf diesen Vorarbeiten wird derzeit ein Antrag zur weiteren Charakterisierung der Rolle von PTPR Sigma für das myokardiale Remodeling erstellt. Der zweite zu charakterisierende Kandidat, das mitoNEET, spielt eine in vitro darstellbare Rolle für die Resistenz von Kardiomyozyten gegen oxidativen Stress. Durch Applikation von Antioxidantien kann mitoNEET-abhängige Apoptose auf das gleiche Level wie in Kontrollzellen reduziert werden, was darauf schließen lässt, dass es offensichtlich auch einen Anteil von mitoNEET-unabhängiger Apoptose gibt, der durch eine Kompensation durch alternative antioxidative Systeme, wie dem Glutathion-Redox-System verursacht sein könnte. Die Blockade der Enzymaktivität der Glutathion-Reduktase (GSR), eines der Schlüsselenzyme des Pathways durch 2-AAPA führt zu einer erhöhten Expression von mitoNEET und einer damit verbundenen reduzierten Apoptoserate. Dieser Effekt kann durch Zugabe von reduziertem Glutathion, dem Endprodukt der GSR, wieder aufgehoben werden. Demnach kann eine fehlende GSR-Aktivität durch Induktion von mitoNEET kompensiert werden, wobei dies umgekehrt aber nicht gilt. MitoNEET stellt ein antioxidatives System dar, das möglicherweise aufgrund seiner mitochondrialen Lokalisation eine von anderen Redoxsystemen partiell unabhängige Funktion aufweist und sich somit als ein viel versprechendes therapeutisches Target eignet, weil eine therapeutische Korrektur seiner Dysregulation im Rahmen der Infarktheilung eine Reduktion des myokardialen Schadens erreichbar machen könnte.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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2010. Continuous Glycoprotein-130–Mediated Signal Transducer and Activator of Transcription-3 Activation Promotes Inflammation, Left Ventricular Rupture, and Adverse Outcome in Subacute Myocardial Infarction. Circulation, Vol. 122. 2010, Issue 2, pp. 145-155.
Hilfiker-Kleiner D., Shukla P., Klein G., Schaefer A., Stapel B., Hoch M., Müller W., Scherr M., Theilmeier G., Ernst M., Hilfiker A., and Helmut Drexler
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2010. In vivo Fluorescence-Mediated Tomography for Quantification of Urokinase Receptor Dependent Leukocyte Trafficking in Inflammation. Anesthesiology, Vol.113. 2010, Issue 3, pp. 610-618.
J. Larmann, T. Frenzel, A. Hahnenkamp, C. Herzog, A. Lorenz, A. Steinbicker, S. Calmer, T. Harendza, M. Schmitz, F. Echtermeyer, R. Hildebrand, C. Bremer, G. Theilmeier
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2010. Intravenous Sphingosylphosphorylcholine Protects Ischemic and Postischemic Myocardial Tissue in a Mouse Model of Myocardial Ischemia/Reperfusion Injury. Mediators of Inflammation, Vol. 2010 (2010), Article ID 425191, 7 pages.
C. Herzog, M. Schmitz, B. Levkau, I. Herrgott, J. Mersmann, J. Larmann, K. Johanning, M. Winterhalter, J. Chun, F.U. Müller, F. Echtermeyer, R. Hildebrand, G. Theilmeier
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2010. Toll-like receptor 2 signaling triggers fatal arrhythmias upon myocardial ischemia-reperfusion. Critical Care Medicine, Vol. 38. 2010, Issue 10, pp 1927-1932.
Mersmann J., Koch A., Tran N., Zimmermann R., Granja T.F., Larmann J., Herzog C., Theilmeier G., Bornstein S.R., Kirschning C.J., Zacharowski K.
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2011. Syndecan-4 signalling inhibits apoptosis and controls NFAT activity during myocardial damage and remodelling. Cardiovascular Research, Vol. 92.2001, Issue 1, pp. 123 - 131.
Echtermeyer F., Harendza T., Hubrich S., Lorenz A., Herzog C., Mueller M., Schmitz M., Grund A., Larmann J., Stypmann J., Schieffer B., Lichtinghagen R., Hilfiker-Kleiner D., Wollert K.C., Heineke J., Theilmeier G.
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Thrombomodulin’s lectin-like domain reduces myocardial damage by interfering with HMGB1-mediated TLR2 signaling. Cardiovascular Research, Vol. 101. 2014, Issue 3, pp. 400 - 410.
Herzog C., Lorenz A., Gillmann H.-J., Larmann J., Harendza T., Echtermeyer F., Müller M., Schmitz M., Stypmann J., Damm M., Stehr S., Koch T., Wollert K.C., Conway E.M., Theilmeier G.
